eiliya:elementary fifth grade science

An

ah

ita

kh

ad

em

ho

sin

i

1

Anahita khadem hosini

مدرسه راهنمايي دخترانه بنت الهدا صدر

Anah

ita

khad

emhosi

ni

2


•

Anah

ita

khad

emhosi

ni

3


ن در ای. گاهی ممکن است نیروی وارد شده و جابه جایی در یک راستا نباشند•باشدصورت مولفه ای از نیرو کار انجام می دهد که در راستای جابه جایی

ازد جسم مي س( تتا)Θدر شكل مقابل فرد به وسیله طنابي كه با سطح افق زاویه •.را روي سطح افقي مي كشد

نسبت به راستای Fبین نیروی زاویه Θنیروی فرد و Fدر این شکل نیروی •A.جابه جایی است

nah

ita

khad

emhosi

ni

4


W= F cosΘ . D

•W= F . d . cosΘAnah

ita

khad

emhosi

ni

5


•

•

Anah

ita

khad

emhosi

ni

ا(بر حسب درجه)زاويه 180906045300

010Sin

-101Cos

6


•

•

•

•

•

Anah

ita

khad

emhosi

ni

7


ر گاهی نیرویی بر یک جسم وارد می شود اما جسم در جهت وارد شدن نیرو حرکت نمی کند د( 3•

وارد شده کار انجام نیروی ( (Cos90=0این صورت اگر نیرو بر راستای جا به جایی عمود باشد

.نمی دهد

•

در این . فردی جعبه ای را در دست دارد و آن را در جهت افقی حرکت می دهد:به طور مثال•

.حالت فرد دو نیرو وارد می کند

Anah

ita

khad

emhosi

ni

8


•

نیوتن در امتدادی که با افق زاویه 25شخصی روی دسته یک جاروبرقی نیروی :1مثال •

کار . متر جا به جا می کند10وارد می کند و آن را در سطح افقی , درجه می سازد60

چقدر است؟ Fنیروی

Anah

ita

khad

emhosi

ni

9


از سطح زمین باال ۵۰Cmرا به اندازه ۵kgجسمی به جرم :2مثال •

. می بریم

کار نیروی وزن چقدر است ؟•

Anah

ita

khad

emhosi

ni

d= ۵۰ cm= ۰/۵ mW= mg= ۵×۱۰=۵۰ N وزن جسمW= F . d . cosΘ W= ۵۰×۰/۵×(-۱) = -۲۵ j

کار انجام شده منفی است( )هرگاه نیرو و جابه جایی هم راستا و در خالف جهت باشند :نکته .

W = -F . D

10


•

:کار و انرژی•

ود هرگاه کاری انجام ش: به طوریکه می توان گفت, انرژی و کار کامال به هم مربوطند•:ممکن است حالت های زیر برای انرژی پیش آید

.ودانرژی از صورت یا نوعی به صورت یا نوع دیگر تبدیل می ش, هنگام انجام کار(1•

•

.انرژی از یک جسم به جسم دیگر انتقال یابد, هنگام انجام کار( 2•

•

Anah

ita

khad

emhosi

ni

11


•

:انرژی•

.توانایی انجام کار است•

•

اه کاری انجام به طوریکه می توان گفت هرگ. انرژی و کار ارتباط بسیار نزدیکی به یکدیگر دارند:نکته•افته حتما انجام کار با تبدیل انرژی همراه است و یا انرژی از جسمی به جسم دیگر انتقال ی. می شود

هرگاه جسمی دارای انرژی باشد می توان در صورت ایجاد شرایط مناسب به کمک آن, هم چنین. است.انرژی جسمی را به حرکت درآورد

•

توان•

.سرعت انجام کار یا سرعت مصرف انرژی است•

.توان نشان دهنده ی میزان کار انجام شده یا انرژی مصرف شده در واحد زمان است, به عبارت دیگر•

•

:مقدار توان به دو عامل بستگی دارد•

(یا مقدار انرژی مصرف شده)مقدار کار انجام شده -1•

وان با یعنی ت. مقدار توان بیش تر است, هر چه مقدار کار انجام شده بیش تر باشد, در یک زمان مشخص•.مقدار کار انجام شده رابطه ی مستقیم دارد

Anah

ita

khad

emhosi

ni

12


:مدت زمان انجام کار-2•

یعنی هر چه مدت زمان . توان با مدت زمان انجام کار رابطه عکس دارد•

.توان بیش تر است. مصرف شده برای انجام کاری کم تر باشد

Anah

ita

kh

adem

hosi

ni

یگر توان به عبارت د. بیش تر است, سرعت انجام کار به وسیله دونده ای که مسابقه را زودتر طی کند

.این دونده از دونده ی دیگر بیش تر است

:برای محاسبه توان از رابطه ی زیر استفاده می کنیم

13


.یک ژول کار انجام می دهد, یک وات توان ماشینی است که در مدت یک ثانیه:1نکته •

1kwا=1000wهر کیلو وات برابر هزار وات است :2نکته •

1hp=746W. وات است746هر قوه ي اسب بخار برابر :3نكته •

و مقدار زمان (Jj)بر حسب ژول (w)در این معادله مقدار کار انجام شده •

.است (W )برحسب وات ( (Pو توان ( (Sبرحسب ثانیه (t)انجام کار

14

A.معادله هاي ديگری نیز برای محاسبه توان وجود دارد؛ که از معادله اصلی به دست می آيدnah

ita

khad

emhosi

ni


•

15


ژول انرژی الکتريکی توسط المپ 100وات است يعنی در هر ثانیه 100وقتی می گويیم توان يک المپ برقی : نکته

.و گرمايی به وسیله آن تولید می شود( نور)ژول انرژی تابشی 100مصرف شده و مطابق قانون پا بستگی انرژی

توان ماشین چند . متری انتقال می دهد20نیوتن را تا ارتفاع 1800دقیقه باری به وزن 3ماشیني در مدت : مثال

کیلووات است؟F = ۱۸۰۰N

d = ۲۰m

t = ۳min = ۸۰s

P = ?

پس .تقسیم می کنیم1000برای تبديل وات به کیلو وات عدد مورد نظر را بر

•.هر اسبابی که به طریقی سبب آسان شدن کار گردد ماشین نامیده می شود•

.ماشین ها به صورت های گوناگون در انجام کارها به ما کمک می کنند•

•

جهت ر ماشین ها گاهی باعث تغییر محل وارد شدن نیرو به جسم و گاهی نیز باعث تغیی( 1•.می شوندنیرو

.قیچی همه از راه تغییر جهت نیرو به ما کمک می کنند, دوچرخه, قرقره ی باالی پرچم•

16


(در قوطی بازکن, انبردست, مانند ديلم. )ماشین ها گاهی با افزايش مقدار نیرو به ما کمک می کنند( 2

•

...(گیرویخ , موچین, انبر, جارو فراشی)•

17


ماشینکارداده شده و کارگرفته شده از •

•

منظور نیرویی که به این, باید نخست بر روی آن کار انجام دهیم, برای آنکه یک ماشین کار انجام دهد•.ندمی نام( کار داده شده)نیروي محرک و کار این نیرو را کار نیروی محرک , به ماشین وارد می شود

کند کافی است نیرویی که به ماشین وارد می شود در طولی که طی می, برای اندازه گیری این کار•.ضرب شود

18


WE(کار داده شده)کار نیروی محرک =نیروی محرک×جابه جايی نیروی محرک = E . dE

( کار مفید)م کار نیروی مقاو, نیروی مقاوم و کار این نیرو, نیرویی را که ماشین باید بر آن غلبه کند

ی آن نیروی مقاومی که بر آن غلبه شده است در جابه جای, نامیده می شود برای محاسبه کار مفید

.ضرب می کنیم

WR(کار مفید)کار نیروی مقاوم=نیروی مقاوم×جابه جايی نیروی مقاوم = R . dR

برای مطالعه ماشین آن ها را به دو دسته تقسیم می کنند

فت و معموال کار غیرمفید ماشین را نمی توان به طور مستقیم اندازه گر•ه به ماشین برای تعیین آن کار مفیدی را که از ماشین گرفته ایم از کاری ک

.کم می کنیم, داده ایم

مفیدغیرکار=شدهدادهکار-کارمفید•


19


20

ه جسم دیگر انرژی هنگام تبدیل شدن از یک صورت به صورت دیگر و یا انتقال از یک جسم ب, مطابق قانون پابستگی انرژی

.خلق و نابود نمی شود

.بنابراین مقدار انرژی داده شده به یک ماشین نیز همواره با مقدار انرژیی که از ماشین گرفته می شود برابر است

مزيت مکانیکی•

.نیروی وارده را چند برابر می کند, مزیت مکانیکی نشان می دهد که ماشین•

.برای بررسی طرز کار ماشین ها از دو نوع مزیت مکانیکی استفاده می شود•


21

عددی که معرف سرعت حرکت نقطه اثر نیروی محرک به سرعت حرکت نقطه اثر نیروی مقاوم است

:ضریب سرعت برابر است با. می نامند( نسبت سرعت ها)را ضریب سرعت ها

:مزیت مکانیکی ایده آل( 1

.می گویند( کامل)را مزیت مکانیکی ایده آل نسب

كامل=

(:عملی)مزیت واقعی ( 2

.مزیت مکانیکی واقعی می گویندرا نسب

واقعی=

.مزیت مکانیکی کمیتی نسبی بوده و بدون واحد بیان می شود:نکته

ی داده شده به ماشین = انرژی گرفته شده از ماشین ِِ انرِژ

نرژی کل ا=مفید گرفته شده از ماشین( یا کار)انرژی + انرژی تلف شده •داده شده به ماشین


22

بازده ماشین , در يک ماشین واقعی چون کار خروجی از کار يا انرژی ورودی کمتر است: نکته

.همیشه کوچکتر از يک است

:بازده را می توان از راه های ديگر نیز به دست آورد

چند ثانیه , است8/0وات و بازده آن 200توان يک ماشین ساده : مثال•

متر باال 10نیوتن را با اين ماشین 400طول می کشد تا باری به وزن

ببريم؟


23

.مزیت مکانیکی نشان می دهد ماشین چگونه به ما کمک می کند

.ماشین مقدار نیرو را افزایش می دهد, اگر مزیت مکانیکی بزرگتر از یک باشد

.ماشین مسافت اثر نیرو را زیاد می کند, اگر مزیت مکانیکی کوچکتر از یک باشد

.ماشین فقط از راه تغییر جهت نیرو به ما کمک می کند, اگر مزیت مکانیکی برابر یک باشد

مزیت . نیوتنی را بلند کرد600نیوتنی می توان یک وزنه 30با وارد کردن نیروی , در یک ماشین:مثال

.مکانیکی واقعی چقدر است و ماشین از چه راهی به ما کمک می کند

انواع ماشین ها•

: ماشین های ساده-1•

گروهی از ماشین ها که پایه و اساس ساخت ماشین های دیگر را تشکیل می•, قرقره, ماشین های ساده در شش نوع اهرم. ماشین ساده نامیده می شوند, دهند

.سطح شیب دار گوه و پیچ دسته بندی می شوند, چرخ محور

•

ماشین های مرکب يا پیچیده-2•

جود گاهی دو یا چند ماشین ساده با هم ترکیب می شوند و ماشین جدیدی را به و•.ماشین های مرکب یا پیچیده می گویند, می آورند به چنین ماشین هایی

ن ساده با این ماشین ها تغییر شکل یافته ی ماشین ساده یا ترکیبی از چند ماشی•.یک دیگر هستند

•


24

:انواع ماشین های ساده•

:اهرم . 1•

.اهرم میله ای است که می تواند حول یک تکیه گاه دوران کند•

.یک بازوی محرک و یک بازوی مقاوم وجود دارد, در هر اهرم یک تکیه گاه•

•

.در یک اهرم فاصله ی نقطه اثر نیروی محرک تا تکیه گاه را بازوی محرک می گویند :(LE)محرکبازوی •

.در یک اهرم فاصله ی نقطه اثر نیروی مقاوم تا تکیه گاه را بازوی مقاوم می گویند :(LR)مقاومبازوی •

.نقطه ای است که اهرم حول آن دوران می کند :(F)گاهتکیه •

•

:نیروی محرک و نیروی مقاوم به چند نوع تقسیم می شوند, اهرم بر اساس قرار گرفتن محل تکیه گاه•

اهرم نوع اول( الف•

.اهرم از نوع اول است, در صورتیکه تکیه گاه بین نقطه اثر نیروی مقاوم و نیروی محرک باشد•

:اهرم از نوع اول به سه حالت دیده می شود•

•a) حالت اول


25

زمانیکه تکیه گاه درست در وسط نیروی محرک و نیروی مقاوم قرار•

.رنددر این صورت بازوی محرک و بازوی مقاوم با هم براب, گرفته باشد

.اهرم نقطه از راه تغییر جهت نیرو به ما کمک می کند, در این حالت•

.مزیت مکانیکی این اهرم همیشه یک است:نکته•


26

•b) حالت دوم:


27

ه های اهرم از را, در این حالت, زمانیکه تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم ولی نزدیک به نیروی مقاوم باشد

.زیر به ما کمک می کند

.زیرا تکیه گاه بین نیروی محرک و مقاوم قرار دارد: تغییر جهت نیرو(1

((LR>LE. زیرا بازوی محرک بزرگتر از بازوی مقاوم است: افزایش نیرو( 2

.مزیت مکانیکی این اهرم همواره از یک بیش تر است:نکته

c) حالت سوم :

از راه در این حالت اهرم, زمانیکه تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم بوده ولی نزدیک به نیروی محرک باشد

.های زیر به ما کمک می کند

.زیرا تکیه گاه بین نیروی محرک و مقاوم قرار است: تغییر جهت نیرو(1

LE. زیرا بازوی مقاوم بزرگتر از بازوی محرک است: افزایش مسافت اثر نیرو( 2 >LR))

.مزيت مکانیکی اين اهرم همواره از يک کم تر است: نکته

اهرم نوع دوم( بن این فرغو–مانند فندق شکن . در این نوع اهرم نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد

از زیرا در این اهرم همواره بازوی محرک بزرگتر. نوع اهرم فقط از راه افزایش نیرو به ما کمک می کند.بازوی مقاوم است

.مزیت مکانیکی این اهرم همیشه از یک بیشتر است

•c) سوم حالت :


28

ر این د, زمانیکه تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم بوده ولی نزدیک به نیروی محرک باشد

.حالت اهرم از راه های زیر به ما کمک می کند

.زیرا تکیه گاه بین نیروی محرک و مقاوم قرار است: تغییر جهت نیرو(1

LE. زیرا بازوی مقاوم بزرگتر از بازوی محرک است: افزایش مسافت اثر نیرو( 2 >LR))

.مزيت مکانیکی اين اهرم همواره از يک کم تر است: نکته

هر چه نیروی مقاوم بر , اهرمنوع در این :نکته

ر مزیت مکانیکی بیش ت, تکیه گاه نزدیک تر باشد

می شود


29

اهرم نوع سوم( ج•

. ددر این نوع اهرم نیروی محرک بین تکیه گاه و نیروی مقاوم قرار دار

رو به فقط از راه افزایش مسافت اثر نی, مانند جاروی فراشی این نوع اهرم

.زیرا بازوی مقاوم بزرگتر از بازوی محرک است. ما کمک می کند

.مزیت مکانیکی این اهرم همیشه کمتر است

قانون اهرم ها•

:فرمول زیر صادق است, چنانچه اهرم در حال تعادل باشد•

نیروی محرک×بازوی محرک=نیروی مقاوم×بازوی مقاوم•

•E.LE=R.LR

•

•

اهرم مزیت مکانیکی, در صورتیکه از اصطکاک صرف نظر کنیم:نکته•.را می توان از رابطه ی زیر نیز به دست آورد


30


31

:قرقره. 2

چرخد چرخی شیاردار است که حول یک محور می

:قرقره ثابت

یرو به مزیت مکانیکی این قرقره همواره برابر یک است و از راه تغییر جهت ن

.ما کمک می کند

این قرقره نظیر اهرم نوع اول حالت اول است:توجه

:قرقره متحرک•

.جا به جا می شود( طناب)این قرقره آزادانه بر روی ریسمان •

.این قرقره از راه افزایش نیرو به ما کمک می کند•

قطر )زیرا بازوی محرک . است2مزیت مکانیکی کامل این قرقره برابر •

.است( شعاع چرخ)همواره در برابر بازوی مقاوم ( چرخ


32

اوت با اين تف, قرقره متحرک مانند اهرم نوع دوم است: نکته

( مبا تغییر دادن محل نیروی مقاو)که مزيت مکانیکی اهرم

تغییر ه قابل تغییر است در حالیکه مزيت مکانیکی اين قرقر

. نمی کند

(A=2)


33

:دستگاه قرقره مرکب

ک را با برای آنکه به مزيت های مکانیکی باالتری دست يافت می توان دو يا چند قرقره ثابت و متحر

ا در اين حالت قرقره ها را به شکل های مختلفی ب. هم ترکیب کرد و يک قرقره مرکب به وجود آورد

.يکديگر ترکیب می کنیم


34

:قرقره های ارشمیدسی( ب

.برای اتصال این قرقره ها به یکدیگر از چند رشته نخ استفاده می شود

:برای بدست آوردن مزیت مکانیکی کامل این دستگاه از دو راه استفاده می شود

نیروی کشش نخ ( الف( T) را مشخص می کنیم.


35

در مزیت مکانیکی کامل دستگاه هیچ تاثیری ندارد ولی چونثابتوجود قرقره: توجهانتر کشیدن ریسمان به سمت پایین آسانتر از کشیدن به سمت باالست گاهی برای آس

.شدن کار از قرقره ثابت استفاده می شود

برای به دست آوردن مزيت مکانیکی می توان از فرمول-2 .

زير استفاده كرد(n=.تعداد قرقره متحرک است)

در دستگاه باال از دو قرقره متحرک استفاده شده است پس: مثال

در این صورت برای به , ممکن است قرقره به صورت زیر به یکدیگر وصل شده باشند( ج.دست آوردن مزیت مکانیکی کامل

از راه کشش نخ استفاده می کنیم_ 1

فرمول زیر به دست آوریماز (A=2n-1)

استتعداد قرقره های ثابت و متحرک = n

:قرقره استفاده کردیم3از مقابل در دستگاه :مثال

در هر مورد. قرقره ها را به شکل های گوناگون می توان با هم ترکیب کرد:تذکر

.ه کنیمبرای به دست آوردن مزیت مکانیکی کامل می توان از نیروی کشش نخ استفاد

:چرخ محور-3•

میله نیز می , با چرخاندن چرخ. چرخ و محور چرخی است که به مرکز آن یک میله وصل شده است•

.چرخد

مونه چرخ گوشت دستی ن-چرخ چاه-مداد تراش رومیزی-کلید درب-آچار پیچ گوشتی-فرمان اتومبیل•

.هایی از ماشین چرخ و محور هستند


36

در چرخ و محور اگر نیروی محرک را به چرخ و نیروی مقاوم را به محور وارد کنند در این :1نکته

..حالت چرخ و محور از طریق افزایش نیرو به ما کمک می کند

بزرگتر خواهد شد و مزیت rR)=شعاع محور)از بازوی مقاوم rE)=شعاع چرخ)زیرا بازوی محرک

.مکانیکی آن از یک بیش تر خواهد شد


37

محور )محور و نیروهایی که به چرخ و ( قطر)و شعاع ( قطر)چرخ ( قطر)در چرخ و محور بین شعاع

در صورت صرف نظر از اصطکاک. )رابطه ی زیر برقرار است. وارد می شود

چون چرخ و محور به هم چسبیده اند تعداد دورهایی که چرخ و محور در یک مدت می چرخند باید مساوی :توجه

اگر چرخ یک دور بچرخد نقطه اثر نیروی محرک به اندازه محیط چرخ . باشند (rE 2ا R) جابه جا می شود ونقطه

rRاثر نیروی مقاوم به اندازه محیط محور جابه جا خواهد شد(2اת)


38


39

eiliya:elementary fifth grade science

Engineering