عروض الجمعة البيضاء من اليوم و لغاية يوم السبت اضغط هنا

درس الدرس الثاني : الطاقة الميكانيكة

يعرف مجموع الطاقة الكامنة والطاقة الحركية بالطاقة الميكانيكة.


ان الطاقة الميكانيكة داخل النظام (الأرض - الجسم) تبقى ثابتة المقدار لا تزيد ولا تنقص ، ويقال عن مثل هذا النظام إنه معزول ، وان الطاقة الميكانيكة محظوظة. :

ويعبر عنها رياضيا : 


تعد الأنظمة الميكانيكة محافظة في حال عزلها عن القوى الخارجية ، مثل قوة الاحتكاك أو مقاومة الهواء. وبذلك يمكن تعريف النظام المحافظ بأنه النظام الذي تكون فيه القوى المحركة للأجسام قوى محافظة بحيث تحافظ على مجموع الطاقة الميكانيكية فيه ثابتا، أي أن التغير في الطاقة الميكانيكة يساوي صفرا. 


ومن خصائص القوة المحافظة المؤثرة في جسم ما :

1- شغلها لا يعتمد على المسار الذي تسكله لنقل الجسم من نقطة الى اخرى بل يعتمد على نقطة البداية والنهاية.

2- شغلها عبر مسار مغلق يساوي صفرا ، أي أن :


وكل نظام يحتوي على قوى خارجية يُسمى نظاما غير محافظ ؛ لأن جزءا من الطاقة الميكانيكة للنظام يتحول إلى أشكال اخرى للطاقة، وتسمى القوة الخارجية قوة غير محافظة ويكون شغلها مساويا لمقدار النقص في الطاقة الميكانيكة للنظام أي أن :


وبذلك تكون قوة الاحتكاك ومقاومة الهواء قوى غير محافظة ؛ لأنها تعمل على تحويل جزء من الطاقة المكيانيكة في النظام الى طاقة حرارية.


 


الطاقة الحركية

هي الطاقة التي تمتلكها الأجسام المتحركة بسبب حركتها وتعطى بالعلاقة :


ووحدتها (جول

حيث ع سرعة الجسم المتحرك بوحدة (م/ث) ،  ك : كتلة الجسم بوحدة (كغ).


وحيث ان الطاقة الحركية تتناسب طرديا مع كتلة الجسم ومربع سرعته ، فكلما زاد احدهما زادت الطاقة الحركية للجسم.


علاقة مبرهنة (الشغل - الطاقة الحركية) 


وتنص على أن (الشغل الكلي المبذول على جسم يساوي التغير في طاقته الحركية). 


الطاقة الكامنة

الطاقة الكامنة (طاقة الوضع) تأخذ صورا عدة ، باختلاف القوى المسببة لهما ، فمنها : طاقة كامنة ناشئة عن الجاذبية الأرضية ، وطاقة كامنة ناشئة عن قوة المرونة ، وطاقة كامنة ناشئة عن قوة كهربائية واخرى مغناطيسية. تعرف الطاقة الكامنة أنها الطاقة التي يمتلكها النظام بسبب وضعه أو حالته.


الطاقة الكامنة الناشئة عن الجاذبية


 إن الشغل المبذول على الكتاب يعطي بالعلاقة 


حيث يكون اتجاه القوة الخارجية باتجاه الإزاحة ، ودلتا ص : الإزاحة والتي تمثل الفرق بين الموقعين ، وتقاس (ص) نسبة إلى نقطة إسناد ، والتي قد تكون سطح الأرض أو أي نقطة أخرى.


يخزّن هذا الشغل في النظام على شكل تغير في الطاقة الكامنة (الوضع) الناشئة عن الجاذبية الأرضية تعطى بالعلاقة 


 ويمكن إعادة كتابة معادلة شغل القوة الخارجية بدلالة التغير في طاقة الوضع عند حركة جسم بسرعة ثابتة كما يأتي :





شغل القوى غير المحافظة

عند تأثير قوة غير محافظة في جسم وبذلها شغلا عليه ؛ فإن طاقته الميكانيكة تصبح غير محفوظة ، ويعبر عن شغل القوى غير المحافظة بالعلاقة الآتية :


حيث W الشغل الذي تبذله القوى غير المحافظة . فمثلا ، يُعبر عن شغل قوة الاحتكاك Wf بالعلاقة الآتية :



حيث d طول المسار الذي تحركه الجسم تحت تأثير قوة الاحتكاك الحركي.