الطاقة الحركية والكامنة — مفهوم الطاقة وتحولاتها — العلوم الفيزيائية — السنة الثالثة متوسط — المنهاج الجزائري

📚 بطاقة الدرس

المادة: العلوم الفيزيائية | المستوى: السنة الثالثة متوسط | الوحدة: الطاقة وتحولاتها | الدرس: الطاقة الحركية والكامنة

🎯 أهداف التعلم

أن يعرف التلميذ مفهوم الطاقة الحركية والعوامل المؤثرة فيها.
أن يميز التلميذ بين الطاقة الحركية والطاقة الكامنة.
أن يشرح كيفية تحول الطاقة بين صورها المختلفة.
أن يطبق قانون حفظ الطاقة في أنظمة بسيطة.

📖 تمهيد

شاهدت سلمى طفلاً يلعب على الأرجوحة في الحديقة. لاحظت أنه في أعلى نقطة يتوقف لحظة ثم يهبط مسرعاً. تساءلت: لماذا يزداد تسارعه كلما اقترب من الأرض؟ أين تذهب سرعته عندما يصعد مرة أخرى؟ الجواب يكمن في تحول الطاقة بين صورتيها: الحركية والكامنة.

📖 شرح الدرس

أولاً: الطاقة الحركية (Ec)

الطاقة الحركية هي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته. كلما زادت سرعة الجسم أو كتلته، زادت طاقته الحركية.

قانون الطاقة الحركية:
Ec = ½ × m × v²

حيث:
Ec: الطاقة الحركية (الجول)
m: كتلة الجسم (kg)
v: سرعة الجسم (m/s)

مثال 1:

سيارة كتلتها 1000 kg تسير بسرعة 20 m/s. احسب طاقتها الحركية.

الحل:
Ec = ½ × 1000 × (20)² = 500 × 400 = 200,000 J = 200 kJ

ثانياً: الطاقة الكامنة (Ep)

الطاقة الكامنة هي طاقة مخزنة في الجسم نتيجة موضعه أو شكله. هناك نوعان:

أ. الطاقة الكامنة الثقالية (Ep_ث): تعتمد على ارتفاع الجسم عن سطح الأرض.

Ep_ث = m × g × h

حيث:
m: الكتلة (kg)
g: تسارع الجاذبية (≈ 10 N/kg)
h: الارتفاع (m)

ب. الطاقة الكامنة المرونية: تخزن في الأجسام المرنة عند شدها أو ضغطها (مثل النابض).

مثال 2:

كرة كتلتها 2 kg موضوعة على رف ارتفاعه 3 m عن الأرض. احسب الطاقة الكامنة الثقالية لها (اعتبر g = 10 N/kg).

الحل:
Ep = 2 × 10 × 3 = 60 J

ثالثاً: تحولات الطاقة

يمكن للطاقة أن تتحول من صورة إلى أخرى، لكنها لا تفنى ولا تستحدث (مبدأ حفظ الطاقة).

التحول	مثال	الوصف
كامنة → حركية	سقوط جسم	تتناقص Ep وتتزايد Ec
حركية → كامنة	صعود جسم	تتناقص Ec وتتزايد Ep
حركية → كهربائية	مولد كهربائي	طاقة الرياح إلى كهرباء

مثال 3 — الأرجوحة:

عند التأرجح:

في أعلى نقطة: السرعة = 0 → Ec = 0، Ep = قيمة عظمى
في أسفل نقطة: السرعة = عظمى → Ec = عظمى، Ep = 0
أثناء الحركة: تتحول الطاقة بين الكامنة والحركية باستمرار

📝 تمارين تطبيقية

التمرين 1:

دراجة كتلتها 15 kg (مع الراكب) تسير بسرعة 10 m/s. احسب طاقتها الحركية.

التمرين 2:

جسم كتلته 5 kg على ارتفاع 8 m عن الأرض. احسب طاقته الكامنة الثقالية (g = 10 N/kg).

التمرين 3:

قارن بين الطاقة الحركية لسيارتين: الأولى كتلتها 800 kg وسرعتها 20 m/s، والثانية كتلتها 1600 kg وسرعتها 10 m/s. أيهما تملك طاقة حركية أكبر؟

🏠 النشاط المنزلي

اختر ثلاثة أجهزة في منزلك (مروحة، ثلاجة، مكواة) واذكر تحولات الطاقة التي تحدث في كل منها.

📌 خلاصة الدرس

الطاقة الحركية (Ec) = ½ × m × v² وتعتمد على الكتلة والسرعة.
الطاقة الكامنة الثقالية (Ep) = m × g × h وتعتمد على الكتلة والارتفاع.
يمكن للطاقة أن تتحول بين صورها المختلفة.
مبدأ حفظ الطاقة: الطاقة لا تفنى ولا تستحدث، بل تتحول من صورة إلى أخرى.