الطاقة الحركية والطاقة الكامنة: مفهومهما وقانون حفظ الطاقة – العلوم الفيزيائية — السنة الثانية ثانوي (شعبة علوم تجريبية) — المنهاج الجزائري

الطاقة الحركية والطاقة الكامنة: مفهومهما وقانون حفظ الطاقة – العلوم الفيزيائية

الطاقة مفهوم أساسي في الفيزياء. هذا الدرس يتناول الطاقة الحركية والطاقة الكامنة وقانون حفظ الطاقة الميكانيكية.

1. الطاقة الحركية

الطاقة الحركية E_k هي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته. تحسب بالعلاقة: E_k = ½ m v² حيث m الكتلة (kg) و v السرعة (m/s). الوحدة: الجول (J).

مثال: سيارة كتلتها 1000 kg تسير بسرعة 20 m/s. طاقتها الحركية: E_k = ½ × 1000 × 400 = 200,000 J.

2. الطاقة الكامنة الثقالية

الطاقة الكامنة الثقالية E_p هي الطاقة المخزنة في جسم بسبب ارتفاعه عن سطح الأرض. تحسب: E_p = m g h حيث g تسارع الجاذبية (≈ 10 N/kg) و h الارتفاع (m).

3. الطاقة الكامنة المرونية

الطاقة الكامنة المرونية لنابض مشدود أو مضغوط: E_p = ½ k x² حيث k ثابت النابض و x الاستطالة.

4. قانون حفظ الطاقة الميكانيكية

الطاقة الميكانيكية E_m = E_k + E_p تبقى ثابتة في نظام معزول (لا توجد قوى احتكاك خارجية). عند سقوط جسم، تتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية.

مثال: جسم كتلته 2 kg يسقط من ارتفاع 10 m. عند ارتفاع 4 m: E_p = 2 × 10 × 4 = 80 J، E_k = 200 – 80 = 120 J.

5. تمارين تطبيقية

التمرين 1: جسم كتلته 0.5 kg سرعته 10 m/s. أحسب طاقته الحركية.

التمرين 2: أحسب الطاقة الكامنة لجسم كتلته 3 kg على ارتفاع 5 m (g = 10 N/kg).

التمرين 3: كرة كتلتها 0.2 kg تسقط من ارتفاع 20 m. ما سرعتها قبل ملامسة الأرض مباشرة؟

6. الحلول

حل 1: E_k = ½ × 0.5 × 10² = 25 J.

حل 2: E_p = 3 × 10 × 5 = 150 J.

حل 3: E_p = m g h = 0.2 × 10 × 20 = 40 J. عند الأرض E_k = 40 J. ½ m v² = 40 ⇒ v = √(2 × 40 / 0.2) = 20 m/s.

للمزيد من الدروس راجع التناسبية والدوال الخطية ودرس الدوال المرجعية: دالة المربع والمقلوب.