العلوم الفيزيائية — الطاقة الحركية والطاقة الكامنة: مفهومهما وتحولاتهما — السنة الثالثة متوسط — المنهاج الجزائري

الطاقة الحركية والطاقة الكامنة

الطاقة مفهوم أساسي في الفيزياء. في هذا الدرس نتعرف على نوعين مهمين من الطاقة: الطاقة الحركية والطاقة الكامنة، والعلاقة بينهما.

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

يُرمز للطاقة الحركية بالرمز Ec وتُحسب بالعلاقة: Ec = ½ × m × v²

حيث: m الكتلة (kg)، v السرعة (m/s)، وحدة الطاقة هي الجول (J).

مثال: سيارة كتلتها 1000 kg تسير بسرعة 20 m/s. طاقتها الحركية = ½ × 1000 × 20² = 200,000 J.

الطاقة الكامنة الثقالية هي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب ارتفاعه عن سطح الأرض.

يُرمز لها بالرمز Epp وتُحسب بالعلاقة: Epp = m × g × h

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

مثال: كرة كتلتها 2 kg موضوعة على رف ارتفاعه 3 m. طاقتها الكامنة = 2 × 10 × 3 = 60 J.

في الواقع العملي، تتحول الطاقة من شكل إلى آخر. مثال على ذلك:

عند رمي كرة إلى الأعلى: تتناقص الطاقة الحركية وتتزايد الطاقة الكامنة. عند أقصى ارتفاع، تكون الطاقة الحركية صفراً والطاقة الكامنة في أعلى قيمة.
عند سقوط الكرة: تتناقص الطاقة الكامنة وتتزايد الطاقة الحركية. قبل ملامسة الأرض، تكون الطاقة الكامنة صفراً والطاقة الحركية في أقصى قيمة.

مبدأ انحفاظ الطاقة الميكانيكية ينص على أن: الطاقة الميكانيكية (مجموع الطاقة الحركية والكامنة) تبقى ثابتة في نظام معزول.

Em = Ec + Epp = ثابت

التمرين 1: كرة كتلتها 500 g تسقط من ارتفاع 10 m. أحسب طاقتها الكامنة الابتدائية وطاقتها الحركية قبل ملامسة الأرض مباشرة.

التمرين 2: سيارة كتلتها 1200 kg تزيد سرعتها من 10 m/s إلى 25 m/s. كم تزداد طاقتها الحركية؟