في المقالات السابقة قمنا بتحليل دقيق الطاقة الحركية وكل ما يتعلق بها. في هذه الحالة ، نواصل التدريب ونواصل الدراسة الطاقة الميكانيكية. هذا النوع من الطاقة هو ما ينتج عن عمل الجسم. يمكن أن ينتقل بين الهيئات الأخرى. يمكن القول أنه مجموع الطاقة الحركية الناتجة عن حركة الأجسام ، مع الطاقة الكامنة المرنة و / أو الجاذبية. يتم إنتاج هذه الطاقة من خلال تفاعل الأجسام فيما يتعلق بالموقع الذي يمتلكه كل شخص.
في هذا المنشور سوف تتعلم كل ما يتعلق بالطاقة الميكانيكية ، من كيفية عملها إلى كيفية حسابها والمرافق الخاصة بها. هل ترغب في معرفة المزيد عنها؟ استمر في القراءة 🙂
شرح الطاقة الميكانيكية
لتسهيل الفهم ، لنأخذ مثالاً. لنفكر في جسم تم إلقاؤه من مسافة بعيدة عن الأرض. سيحمل هذا الجسم طاقة حركية سابقة لأنه يتحرك. مع تقدمه ، يكتسب سرعة وطاقة وضع جاذبية عندما يرتفع فوق مستوى الأرض. لنأخذ رمي الكرة كمثال.
مع الأخذ في الاعتبار أن ذراعنا يبذل جهدًا على الكرة ، فإنه ينقل الطاقة الحركية إليها حتى تتمكن من التحرك. في هذا المثال سوف ننظر قوة احتكاك ضئيلة مع الهواء وإلا فإنه سيجعل الحسابات وتعلم المفهوم صعبًا للغاية. عندما يتم رمي الكرة وهي في الهواء ، فإنها تحمل الطاقة الحركية التي تدفعها للتحرك وطاقة وضع الجاذبية التي تجذبها إلى الأرض لأنها مرتفعة.
يجب أن نضع في اعتبارنا دائمًا أننا نتعرض لقوة الجاذبية. تدفعنا جاذبية الأرض نحو الأرض عجلة 9,8 متر لكل ثانية مربعة. كلتا القوتين اللتين تتفاعلان مع الكرة تختلفان في السرعة والتسارع والاتجاه. لذلك ، فإن الطاقة الميكانيكية هي نتيجة كلتا الطاقتين.
وحدة قياس الطاقة الميكانيكية حسب النظام الدولي هي الجول.
صيغة
بالنسبة للفيزيائيين ، يُترجم حساب الطاقة الميكانيكية إلى مجموع الطاقة الحركية وإمكانات الجاذبية. يتم التعبير عن ذلك بالصيغة:
م = إيك + إب
حيث Em هي الطاقة الميكانيكية ، Ec هي الحركية و Ep هي الإمكانات. رأينا صيغة الطاقة الحركية في منشور آخر. عندما نتحدث عن طاقة الجاذبية الكامنة ، فإننا نتحدث عن نتيجة الكتلة مضروبة في الارتفاع والجاذبية. يوضح لنا مضاعفة هذه الوحدات الطاقة الكامنة للجسم.
مبدأ الحفاظ على الطاقة
لطالما أصر المعلمون مرارًا وتكرارًا على أن الطاقة لا تُخلق ولا تُدمر ، بل تتحول. هذا يقودنا إلى مبدأ الحفاظ على الطاقة.
عندما تأتي الطاقة الميكانيكية من نظام معزول (لا يوجد فيه احتكاك) يعتمد على القوى المحافظة (التي تحافظ على الطاقة الميكانيكية للنظام) ستبقى النتيجة ثابتة. في حالة أخرى ، ستكون طاقة الجسم ثابتة طالما أن التغيير يحدث فقط في وضع الطاقة وليس في قيمتها. أي إذا تم تحويل الطاقة من حركية إلى محتملة أو إلى ميكانيكية.
على سبيل المثال ، إذا رمينا الكرة عموديًا ، فستكون لديها كل الطاقة الحركية والوضعية في لحظة الصعود. ومع ذلك ، عندما يصل إلى أعلى نقطة له ، ويتم إيقافه دون إزاحة ، سيكون لديه طاقة وضع الجاذبية فقط. في هذه الحالة ، يتم حفظ الطاقة ، ولكن في الوضع المحتمل.
يمكن التعبير عن هذا الخصم رياضيًا بالمعادلة:
Em = Ec + Ep = ثابت
أمثلة على التمارين
لنقدم لك تعليمًا أفضل لهذا النوع من الطاقة ، سنضع بعض الأمثلة على التمارين وسنحلها خطوة بخطوة. في هذه الأسئلة سوف نشرك الأنواع المختلفة من الطاقة التي رأيناها حتى الآن.
- تحقق من الخيار الخاطئ:
- أ) الطاقة الحركية هي الطاقة التي يمتلكها الجسم ، لأنها في حالة حركة.
- ب) يمكن القول أن طاقة الجاذبية الكامنة هي الطاقة التي يمتلكها الجسم لأنها تقع على ارتفاع معين فوق سطح الأرض.
- ج) الطاقة الميكانيكية الكلية للجسم شائعة ، حتى مع ظهور الاحتكاك.
- د) الطاقة الكلية للكون ثابتة ، ويمكن تحويلها من شكل إلى آخر ؛ ومع ذلك ، لا يمكن إنشاؤه أو إتلافه.
- هـ) عندما يكون لدى الجسم طاقة حركية ، يكون قادرًا على القيام بعمل.
في هذه الحالة ، يكون الخيار الخطأ هو الخيار الأخير. لا يتم العمل بواسطة الجسم الذي يحتوي على الطاقة الحركيةلكن الجسد الذي أعطاك تلك الطاقة. دعنا نعود إلى مثال الكرة. من خلال رميها في الهواء ، نحن من نقوم بالعمل لمنحها الطاقة الحركية للتحرك.
- لنفترض أن حافلة كتلتها m تسافر على طول طريق جبلي وتنخفض بارتفاع h. يحافظ سائق الحافلة على الفرامل لتجنب الانحدار. هذا يحافظ على سرعة الحافلة ثابتة حتى عندما تنزل الحافلة. بالنظر إلى هذه الشروط ، وضح ما إذا كان صحيحًا أم خطأ:
- تغير الطاقة الحركية للسيارة هو صفر.
- يتم الحفاظ على الطاقة الميكانيكية لنظام bus-Earth ، لأن سرعة الحافلة ثابتة.
- يتم الحفاظ على الطاقة الإجمالية لنظام bus-Earth ، على الرغم من تحويل جزء من الطاقة الميكانيكية إلى طاقة داخلية.
الإجابة على هذا التمرين هي V، F، V. أي أن الخيار الأول صحيح. إذا انتقلنا إلى صيغة الطاقة الحركية ، يمكننا أن نرى أنه إذا كانت السرعة ثابتة ، فإن الطاقة الحركية تظل ثابتة. لا يتم حفظ الطاقة الميكانيكية ، حيث تستمر قوة الجاذبية في التغير عند النزول من المرتفعات. آخرها صحيح ، لأن الطاقة الداخلية للمركبة تنمو لتحافظ على حركة الجسم.
آمل أن تتمكن من خلال هذه الأمثلة من التعرف بشكل أفضل على الطاقة الميكانيكية واجتياز الاختبارات البدنية التي تكلف الكثير من الناس 😛