رپیتیچ > بلاگ > آموزش درس 5 فصل 2 فیزیک دهم + تدریس ویدیویی

آموزش درس 5 فصل 2 فیزیک دهم + تدریس ویدیویی

آنچه در این پست میخوانید

آموزش درس 5 فصل 2 فیزیک دهم به‌صورت تست‌بیس، همراه با تدریس ویدیویی «شهاب نصیری» را، در این پست از رپیتیچ ببینید.

در درس قبلی با شناوری و نیروی شناوری آشنا شدیم. در پنجمین درس فصل دوم، قرار است شاره در حرکت را بررسی کنیم.

برای دسترسی به کل مباحث فصل دوم، روی لینک زیر کلیک کنید.

خب، اول از همه بریم که ویدیوی آموزشی این بخش رو ببینیم.

آموزش ویدیویی درس 5 فصل 2 فیزیک دهم

در این قسمت، بخشی از «آموزش درس پنجم فصل دوم فیزیک دهم» را به‌صورت ویدیویی می‌توانید ببینید. مدرس این قسمت، جناب مهندس شهاب نصیری، مولف برتر آزمون‌های موسسات معتبر هستند.

فرم دریافت آموزش های ویدئویی فیزیک:

اگه تو هم میخوای کل فیزیکت رو تو کمترین زمان و با تدریس انیمیشنی مفهومی تستی مهندس شهاب نصیری جمع کنی؛ کافیه این فرم رو پر کنی و منتظر تماسمون باشی:

روی نمره 20 و درصد بالای 70 فیزیکت (مثل رتبه های برتر هر سالمون) حساب کن!

شاره در حرکت می‌تواند حالات متفاوتی داشته‌ باشد. در این درس قرار است که با حذف پیچیدگی‌ها تا جای ممکن، به بررسی این موضوع و حالات آن بپردازیم. یکی از قوانینی که کمک می‌کند تا شاره در حرکت را راحت‌تر درک کنید، دانستن‌ و استفاده از اصل برنولی است.

شاره در حرکت و اصل برنولی؛ درس پنجم فصل دوم فیزیک دهم

تا اینجای کار برخی از ویژگی‌های فیزیکی شاره‌های ساکن را یاد گرفتید. حالا زمان آن است که یک شاره در حال حرکت را بررسی کنیم. حرکت یک شاره می‌تواند به‌صورت یکنواخت و لایه‌ای یا تلاطمی و آشوبناک باشد. درست مانند هوا، که گاهی به‌صورت نسیمی ملایم و گاهی به‌صورت طوفانی پر انرژی می‌وزد.

تمام موارد زیر، مثال‌هایی از شاره در حال حرکت هستند:

حرکت آب در شیلنگ
جریان تند و سریع آب در یک رودخانه
حرکت خون درون رگ‌ها
حرکت هوا درون سامانه‌های گرمایش و سرمایش
جریان دود در هوا

بررسی این پدیده‌ها اغلب می‌تواند بسیار پیچیده‌ باشد. بنابراین مدل آرمانی و ساده‌شده‌ای از یک شاره در حال حرکت و بدون تلاطم را بررسی می‌کنیم. افزون بر این فرض می‌کنیم که شاره، تراکم‌ناپذیر است. یعنی چگالی آن ثابت است و اصطکاک داخلی (گران‌رَوی) ندارد.

شکل پایین جریان لایه‌ای آب را، درون لوله‌ای افقی و با دو سطح مقطع متفاوت نشان می‌دهد.

فرض کنید لوله در حالت پایا قرار دارد و همه جای آن پر از آب است. مقدار آب در جریان در یک مدت زمان مشخص، در هر مقطعی از لوله با مقطع دیگر برابر است. در نتیجه با توجه به تغییر اندازه سطح مقطع لوله، جریان آب کند یا تند می‌شود.

دانیل برنولی یک فیزیک‌دان و ریاضی‌دان سوئیسی، متولد سال 1700 میلادی بود. او متوجه شد که در جاهایی از لوله که جریان آب تندتر است، فشار کمتر است. برنولی همچنین فهمید که این اصل نه تنها برای مایعات، بلکه برای گازها نیز برقرار است. اصل برنولی برای شاره‌ای که به طور لایه‌ای و در امتداد افق حرکت می‌کند، به‌صورت زیر بیان می‌شود:

در مسیر حرکت شاره، با افزایش تندی شاره، فشار آن کاهش می‌یابد.

آهنگ شارش حجمی شاره

شکل پایین جریان یکنواخت شاره‌ای را نشان می‌دهد که با تندی ν درون لوله‌ای با سطح مقطع A در حرکت است.

فرض کنید برای شاره تراکم‌ناپذیر، در بازه زمانی Δt، حجم معینی از شاره (AL=ΔV) از مقطع A این لوله عبور کند. آهنگ شارش حجمی شاره از این مقطع فرضی، از رابطه زیر به دست می‌آید:

توجه کنید که نسبت مسافت به زمان (L/Δt) در حرکت یکنواخت شاره، برابر تندی شاره (ν) است.

معادله پیوستگی

در شکل پایین شاره‌ای با جریان لایه‌ای را می‌بینید که در لوله‌ای با دو سطح مقطع متفاوت، در حرکت است. در حالت پایا و در مدت زمان یکسان، جرم یکسانی از شاره، از هر سطح مقطع دلخواه لوله می‌گذرد.

از این موضوع، به سادگی می‌توان به معادله پیوستگی برای شاره تراکم‌ناپذیر دست یافت. فرمول آن به‌صورت زیر بیان می‌شود:

مثال 2-7

شکل پایین یک تفنگ آب‌پاش را نشان می‌دهد که با فشردن‌ ماشه آن، آب با تندی زیادی بیرون می‌آید.

اگر A₂=0/10mm²، A₁=2/0cm² و ν₁=0/30cm/s باشد، تندی خروج آب را به دست آورید.

پاسخ: با توجه به فرض‌های مسئله، از معادله پیوستگی به سادگی می‌توان تندی خروج آب از تفنگ را به دست آورد. از معادله 2_6 داریم:

A₁V₁ = A₂V₂

(2/0cm²)(0/30cm/s) = (0/10 × 10^-2 cm²) V₂

به این ترتیب، تندی خروج آب برابر V₂=6/0×10²cm/s=6/0m/s است.

پرسش 2-7

شیر آبی را کمی باز کنید تا آب به آرامی جریان یابد. می‌بینید که باریکه‌ آب با نزدیک‌تر شدن‌ به زمین، باریک‌تر می‌شود.

دلیل این پدیده‌ را با توجه به معادله پیوستگی توضیح دهید.

پاسخ: معادله پیوستگی را می‌توان به‌صورت زیر نوشت:

طبق معادله پیوستگی، سطح مقطع و تندی شاره نسبت عکس دارند.

هرچقدر باریکه‌ آب به زمین نزدیک‌تر شود، تندی آن به همان نسبت افزایش می‌یابد. بنابراین طبق معادله پیوستگی، سطح مقطع آن کاهش خواهد یافت.

کاربردهایی از اصل برنولی

در ادامه، 3 مورد از بررسی‌هایی که با اصل برنولی می‌توان انجام داد را آورده‌ایم:

نیروی بالابر وارده‌ به بال‌های هواپیما
حرکت کات‌دار توپ فوتبال
افشانه‌ عطر

نوبت آن است که به یکی از آزمایش‌های ساده‌ای که در علوم ششم انجام دادید بپردازیم. اگر کاغذی را جلو دهان‌تان بگیرید و در سطح بالای آن بدمید، کاغذ به طرف بالا حرکت می‌کند. دلیل این پدیده‌ را با توجه به اصل برنولی، می‌توان به سادگی توضیح داد.

در تصویر پایین، قسمتی از بال یک هواپیما را مشاهده می‌کنید. بال‌های هواپیما طوری طراحی شده‌اند که تندی هوا در بالای بال، بیشتر از زیر آن است. در نتیجه، فشار هوای بالای بال، کمتر از فشار هوای زیر آن است. به این ترتیب نیروی بالابر خالصی به به بال هواپیما وارد می‌شود.

پرسش 2-8

الف) روزهایی که باد می‌وزد، ارتفاع موج‌های دریا یا اقیانوس بالاتر از ارتفاع میانگین می‌شود. با اصل برنولی، چگونه می‌توان افزایش ارتفاع موج را توضیح داد؟

پاسخ: با وزش باد، فشار هوای بالای سطح آب کاهش می‌یابد. در نتیجه امواج می‌توانند تا ارتفاع بیشتری بالا بیایند.

ب) شکل پایین کامیونی را در دو وضعیت سکون و در حال حرکت نشان می‌دهد. چرا وقتی کامیون در حال حرکت است، پوشش برزنتی آن پُف می‌کند؟ این قضیه را با اصل برنولی توضیح دهید.

پاسخ: با حرکت کامیون، تندی جریان هوا در بالای پوشش برزنتی افزایش می‌یابد. طبق اصل برنولی فشار هوا در آن قسمت کاهش پیدا می‌کند. در نتیجه اختلاف فشار هوای داخل و بیرون پوشش برزنتی باعث پف کردن‌ آن می‌شود.