الطاقة الكامنة
| English | العربية |
|---|---|
| potential energy/pəˈtenʃl ˈenədʒi/ | الطاقة الكامنة |
مطرقة مرفوعة تحتفظ بالطاقة، بانتظار اللحظة
- ارفع مطرقة فوق مسمار وبقيت... تنتظر. ومع ذلك فهي تحمل الآن طاقة، مستعدة للضرب.
- يمكن تخزين الطاقة بواسطة الموقع أو الشكل، وليس فقط بالحركة.
- نطلق على هذه الطاقة المخزنة اسم طاقة الوضع.
- حررها وتعود المخزون كحركة.
طاقة الوضع الجاذبية
- رفع كتلة قدرها $m$ إلى ارتفاع $h$ يخزن طاقة وضع جاذبية: $E_p = mgh$.
- تساوي الشغل المبذول ضد الجاذبية لرفعه.
- كلما رفعت أكثر، أو كانت الكتلة أثقل، زادت الطاقة المخزنة.
- اتركها تسقط وتحول هذه $mgh$ إلى طاقة حركية.
تخزين الطاقة بالرفع
ارفع الارتفاع الابتدائي لترى مقدار الطاقة الكامنة المخزنة، المستعدة لتتحول لطاقة حركية.
ارفع كتاباً كتلته $2\ \text{kg}$ إلى رف على ارتفاع $1.5\ \text{m}$ (الجاذبية $g = 9.8\ \tfrac{\text{N}}{\text{kg}}$). كم مقدار الطاقة الكامنة الجاذبية المخزنة، بالجول؟
$E_p = mgh = 2 \times 9.8 \times 1.5 = 29.4\ \text{J}$.
تزداد الطاقة الكامنة الجاذبية $mgh$ عند زيادة أي مما يلي؟
$E_p = mgh$ تزداد مع الكتلة والارتفاع و$g$. اللون غير مهم.
عند سقوط جسم مرفوع، تتحول طاقته الكامنة الجاذبية إلى طاقة حركية.
مع انخفاض الارتفاع، ينخفض $mgh$ وتعود الطاقة الكامنة المفقودة كطاقة حركية $\tfrac12 mv^2$.
الطاقة الكامنة المرنة
- نابض ممدود أو مضغوط يخزن أيضاً طاقة: طاقة وضع مرنة $E_p = \tfrac12 k x^2$.
- هنا $k$ هو ثابت النابض و$x$ هو الاستطالة.
- قوس مفتول، نابض ملفوف، ترامبولين مضغوط — جميعها تحمل طاقة وضع مرنة.
- حرر التشوه ويصبح المخزون حركة.
الطاقة الكامنة المرنة لنابض هي $\tfrac12 k \_\_$ (أكمل الجزء الناقص).
$E_p = \tfrac12 k x^2$ — فهي تزداد مع مربع الاستطالة.
طاقة الوضع نسبية
- تعتمد طاقة الوضع الجاذبية على المستوى المرجعي الذي تختاره لـ $h = 0$.
- فقط التغيرات في طاقة الوضع ($\Delta E_p$) ذات أهمية فيزيائية، لذا يمكنك اختيار أي مستوى للصفر.
- ترتبط طاقة الوضع بـ القوات المحافظة — الجاذبية والنوابض — whose stored energy is fully recoverable.
- الاحتكاك ليس محافظاً: طاقته تتحول إلى حرارة ولا يمكن استردادها كطاقة وضع.
للطاقة الكامنة الجاذبية قيمة مطلقة واحدة، نفسها لكل مراقب.
تُقاس بالنسبة لارتفاع صفري مختار؛ فقط التغير في الطاقة الكامنة له معنى فيزيائي.
طاقة أي قوة مخزنة يمكن استردادها بالكامل كطاقة كامنة؟
الجاذبية قوة محفوظة — طاقتها قابلة للاسترداد بالكامل. الاحتكاك يحول الطاقة إلى حرارة.
تُقاس طاقة الوضع الجاذبية نسبة إلى ارتفاع صفري مختار — لا توجد قيمة مطلقة. يجب دائماً تحديد مكان $h = 0$ (الأرضية، سطح الأرض، الطاولة). فقط التغير في طاقة الوضع يؤثر على الفيزياء.
ارفع كتاباً كتلته $2\ \text{kg}$ إلى رف مرتفع بمقدار $1.5\ \text{m}$ ($g = 9.8\ \tfrac{\text{N}}{\text{kg}}$).
- $E_p = mgh = 2 \times 9.8 \times 1.5 = 29.4\ \text{J}$.
تلك $29.4\ \text{J}$ مخزنة، مستعدة لتتحول إلى طاقة حركية إذا سقط الكتاب.
طاقة الوضع هي طاقة مخزنة للموقع أو الشكل. طاقة الوضع الجاذبية هي $E_p = mgh$؛ طاقة الوضع المرنة هي $E_p = \tfrac12 kx^2$. تُقاس طاقة الوضع الجاذبية نسبة إلى صفر مختار، ويهم فقط تغيرها. تنشأ من قوات محافظة.