آزمایش کنید
وسایل و مواد: چند گلوله به جرم‌های متفاوت، یک قطعه نخ و یک تکه چوب
روش آزمایش:
۱. یک سر قطعه نخ را به گلوله وصل و سر دیگر آن را همانند شکل روبه‌رو از نقطه‌ای آویزان کنید. به مجموعه نخ و گلوله، «آونگ» می‌گوییم.
۲. همانند شکل روبه‌رو، قطعه چوب را در مسیر حرکت آونگ قرار دهید.
۳. آونگ را از وضعیت قائم منحرف و رها کنید. ارتفاعی که گلوله را از آن رها کرده‌اید، اندازه بگیرید. همچنین پس از برخورد گلوله آونگ به قطعه چوب، جابه‌جایی قطعه چوب را اندازه بگیرید.
۴. آزمایش را به ازای چند ارتفاع متفاوت نسبت به سطح زمین انجام دهید و در هر مورد ارتفاع اولیه گلوله و جابه‌جایی قطعه چوب را پس از برخورد گلوله آونگ با آن یادداشت کنید.
۵. آزمایش را برای گلوله‌های دیگری با جرم‌های متفاوت تکرار کنید، سپس نتایج حاصل را در گروه خود به بحث بگذارید و به کلاس درس ارائه دهید.
پاسخ و توضیح آزمایش کنید صفحه 72 علوم هفتم
این آزمایش یک مدل جذاب برای نشان دادن **تبدیل انرژی پتانسیل گرانشی به انرژی جنبشی** و سپس **انتقال انرژی** برای انجام کار است. 💡
***
## ۱. تبدیل انرژی در آونگ
هنگامی که آونگ را رها می‌کنید، دو نوع انرژی در آن نقش ایفا می‌کنند:
* **انرژی پتانسیل گرانشی ($E_p$):** در بالاترین نقطه رهاسازی (بیشترین ارتفاع $h$)، تمام انرژی آونگ به صورت $ ext{E}_p$ ذخیره شده است ($ ext{E}_p = mgh$).
* **انرژی جنبشی ($E_k$):** در پایین‌ترین نقطه (هنگام برخورد با چوب)، تمام $ ext{E}_p$ به $ ext{E}_k$ تبدیل شده است. ($ ext{E}_k = \frac{1}{2} m v^2$).
طبق قانون پایستگی انرژی (با فرض اصطکاک ناچیز): **$ ext{E}_p$ اولیه $\approx$ $\text{E}_k$ هنگام برخورد.**
### ۲. تحلیل نتایج (مشاهدات مورد انتظار)
#### الف) تأثیر ارتفاع (انرژی پتانسیل)
| ارتفاع رهاسازی ($h$) | $\text{E}_p$ گلوله | $\text{E}_k$ هنگام برخورد | جابه‌جایی چوب |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| کم | کم | کم | کم |
| زیاد | زیاد | زیاد | زیاد |
* **نتیجه:** هر چه **ارتفاع اولیه** بیشتر باشد، **انرژی پتانسیل گرانشی** ذخیره شده بیشتر است، که به **انرژی جنبشی** بیشتر تبدیل می‌شود. انرژی جنبشی بیشتر باعث می‌شود که آونگ بتواند **کار بیشتری** روی قطعه چوب انجام دهد و آن را **بیشتر جابه‌جا** کند.
#### ب) تأثیر جرم (انرژی جنبشی)
(آزمایش با ارتفاع ثابت و جرم‌های متفاوت)
* **نتیجه:** اگر گلوله‌هایی با **جرم ($m$) بیشتری** استفاده کنید، با فرض ارتفاع رهاسازی ثابت، $ ext{E}_p$ اولیه و در نتیجه $ ext{E}_k$ هنگام برخورد **بیشتر** خواهد بود ($ ext{E}_p = mgh$).
* بنابراین، گلوله با جرم بیشتر، **کار بیشتری** انجام می‌دهد و قطعه چوب را **بیشتر جابه‌جا** می‌کند. 💥
**نتیجه‌گیری کلی:** میزان کاری که یک جسم می‌تواند انجام دهد (جابه‌جایی چوب)، مستقیماً با میزان **انرژی جنبشی** آن (که خود وابسته به **ارتفاع** و **جرم** اولیه است) مرتبط است. این، اصل **پایستگی انرژی** را تأیید می‌کند.
