تعليم

ما هي طاقة الوضع

ما هي طاقة الوضع
ما هي طاقة الوضع

تم تقديم مصطلح الطاقة الوضع من قبل المهندس الفيزيائي والاسكتلندي ويليام رانكين في القرن التاسع عشر هناك عدة أنواع من الطاقة المحتملة، كل يرتبط بنوع متميز من القوة.

إنها الطاقة بفضل موضع الكائن بالنسبة للكائنات الأخرى.

ما هي طاقة الوضع:

كما نعلم، يمكن لكائن تخزين الطاقة نتيجة لموقعه في حالة القوس والسهم ، عندما يتم رسم القوس ، فإنه يخزن بعض كمية الطاقة ، وهي المسؤولة عن الطاقة الحركية التي تكتسبها ، عند إصدارها.

الطاقة الوضع هي الطاقة التي يحملها كائن بسبب موقعها بالنسبة لكائنات أخرى، والضغوط داخل نفسها، وشحنة كهربائية، أو عوامل أخرى.

وبالمثل ، في حالة الزنبرك ، عندما ينزاح من موضع توازنه ، فإنه يكتسب قدرًا من الطاقة التي نلاحظها في شكل إجهاد نشعر به في أيدينا عند شده. يمكننا تعريف الطاقة الوضع كشكل من أشكال الطاقة التي تنتج عن تغيير وضعها أو حالتها.

صيغة طاقة الوضع:

تعتمد صيغة الطاقة المحتملة على القوة التي تعمل على الجسمين بالنسبة لقوة الجاذبية، تكون الصيغة:

W = m×g×h = mgh

m هي الكتلة بالكيلوجرام
g هي عجلة الجاذبية
h هو الارتفاع بالأمتار

وحدة طاقة وضع الجاذبية لها نفس وحدات الطاقة الحركية: كجم م 2 / ثانية 2
ملحوظة: كل الطاقة لها نفس الوحدات – كجم م 2 / ثانية 2 ، ويتم قياسها باستخدام وحدة الجول (J).

ما هي الأنواع المختلفة للطاقة الوضع:

الطاقة الكامنة هي أحد الشكلين الرئيسيين للطاقة ، إلى جانب الطاقة الحركية هناك نوعان رئيسيان من الطاقة الكامنة وهما:

  • طاقة الوضع الجاذبية
  • الطاقة الوضع المرنة

طاقة الوضع الجاذبية:

تُعرَّف طاقة الوضع الجاذبية لجسم ما على أنها الطاقة التي يمتلكها الجسم ترتفع إلى ارتفاع معين مقابل الجاذبية.

سنقوم بصياغة طاقة الجاذبية بالمثال التالي.

ضع في اعتبارك كائن كتلته = m.
توضع على ارتفاع h من الأرض ، كما هو موضح في الشكل.
الآن ، كما نعلم ، القوة المطلوبة لرفع الجسم تساوي m × g من الجسم.

عندما يتم رفع الجسم مقابل قوة الجاذبية ، يتم القيام ببعض الشغل (W) عليه.

الشغل المنجز على الجسم = القوة × الإزاحة K وبالتالي:

W = m × g × h = mgh

أعلاه هو صيغة طاقة الوضع.

وفقًا لقانون حفظ الطاقة ، نظرًا لأن العمل المنجز على الكائن يساوي m × g × h ، فإن الطاقة المكتسبة بواسطة الكائن = m × g × h ، والتي في هذه الحالة هي الطاقة الكامنة E.

E لجسم مرفوع إلى ارتفاع h فوق سطح الأرض = m × g × h

مثال على طاقة الوضع:

من المهم ملاحظة أن طاقة الجاذبية لا تعتمد على المسافة التي يقطعها الجسم ، ولكن الإزاحة ، أي الفرق بين الارتفاع الأولي والارتفاع النهائي للجسم. ومن ثم ، فإن المسار الذي وصل فيه الكائن إلى الارتفاع لا يؤخذ في الاعتبار.

في المثال الموضح أعلاه ، ستكون طاقة الوضع الجاذبية لكل من الكتلتين A و B هي نفسها.

طاقة الوضع المرنة:

الطاقة الوضع المرنة هي الطاقة المخزنة في الأشياء التي يمكن ضغطها أو شدها مثل الأربطة المطاطية والترامبولين وحبال البنجي.

لما زادت قدرة الجسم على التمدد ، زادت مرونة طاقته الكامنة. تم تصميم العديد من الكائنات خصيصًا لتخزين الطاقة الكامنة المرنة مثل ما يلي:

شريط مطاطي ملتوي يعمل على تشغيل طائرة لعبة
قوس آرتشر ممدود
لوحة غواص عازمة قبل أن يغوص الغواص فيها
لولبية التواء الينابيع

عادةً ما يكون للكائن الذي يخزن طاقة الوضع المرنة حدًا عاليًا من المرونة ، ومع ذلك ، فإن جميع الأجسام المرنة لها عتبة للحمل الذي يمكنها تحمله.

عندما يتشوه خارج حدود المرونة ، لن يعود الكائن إلى شكله الأصلي.

يمكن حساب الطاقة الكامنة المرنة باستخدام الصيغة التالية:

U=12kx2

حيث:

U هي طاقة الوضع المرنة
k هو لولبية التواء الينابيع
x هو طول امتداد السلسلة بالمتر