الطاقة الميكانيكية: الطاقة الحركية والطاقة الكامنة الثقالية مع تمارين محلولة — العلوم الفيزيائية — الأولى ثانوي — المنهاج الجزائري

الطاقة الميكانيكية: الطاقة الحركية والطاقة الكامنة الثقالية

الأهداف التعليمية:

• تعريف الطاقة الحركية والطاقة الكامنة الثقالية
• حساب الطاقة الحركية لجسم صلب في حركة انتقالية
• حساب الطاقة الكامنة الثقالية لجسم
• تطبيق مبدأ انحفاظ الطاقة الميكانيكية

1. الطاقة الحركية (Ec)

تعريف: هي الطاقة التي يملكها جسم بسبب حركته.

العلاقة الرياضية: Ec = 1/2 x m x v²

• Ec: الطاقة الحركية (Joule)
• m: كتلة الجسم (kg)
• v: سرعة الجسم (m/s)

خاصية: الطاقة الحركية كمية قياسية موجبة دائما، تتناسب طردا مع الكتلة ومربع السرعة.

2. الطاقة الكامنة الثقالية (Epp)

تعريف: هي الطاقة التي يملكها جسم بسبب موضعه في مجال الجاذبية الأرضية.

العلاقة الرياضية: Epp = m x g x h

• Epp: الطاقة الكامنة الثقالية (Joule)
• m: كتلة الجسم (kg)
• g: شدة مجال الجاذبية (9.81 N/kg)
• h: الارتفاع عن سطح الأرض (m)

ملاحظة: نعتبر Epp = 0 عند سطح الأرض (h = 0).

3. الطاقة الميكانيكية (Em)

تعريف: مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة الثقالية.

العلاقة: Em = Ec + Epp

مبدأ انحفاظ الطاقة الميكانيكية: إذا كانت القوى المطبقة على جسم محافظة فقط (أي لا توجد قوى احتكاك)، فإن الطاقة الميكانيكية للجسم تبقى ثابتة.

تمارين محلولة

التمرين 01:

سيارة كتلتها m = 1200 kg تتحرك بسرعة v = 72 km/h.

1. حول السرعة إلى m/s.

2. احسب الطاقة الحركية للسيارة.

الحل:

1. v = 72 km/h = 72 x (1000/3600) = 20 m/s

2. Ec = 1/2 x m x v² = 1/2 x 1200 x (20)² = 1/2 x 1200 x 400 = 240000 J = 240 kJ

التمرين 02:

جسم كتلته m = 5 kg موضوع على ارتفاع h = 10 m عن سطح الأرض. احسب الطاقة الكامنة الثقالية (g = 10 N/kg).

الحل:

Epp = m x g x h = 5 x 10 x 10 = 500 J

التمرين 03:

كرة كتلتها m = 0.5 kg تسقط من ارتفاع h = 20 m. احسب:

1. الطاقة الكامنة الثقالية الابتدائية.

2. الطاقة الحركية عند لحظة ملامسة الأرض (مهملين الاحتكاك).

الحل:

1. Epp(initial) = m x g x h = 0.5 x 10 x 20 = 100 J

2. حسب مبدأ انحفاظ الطاقة الميكانيكية: Em(initial) = Em(final)

عند البداية: Em = Epp = 100 J (Ec = 0)

عند النهاية: Em = Ec (Epp = 0)

اذن: Ec = 100 J

خلاصة

• الطاقة الحركية تعتمد على الكتلة ومربع السرعة.
• الطاقة الكامنة الثقالية تعتمد على الكتلة والارتفاع.
• في غياب الاحتكاك، تبقى الطاقة الميكانيكية محفوظة.
• وحدة الطاقة هي الجول (J).

دروس مشابهة

• الشغل في الفيزياء: مفهومه وتعريفه القانوني وحسابه
• الطاقة الحرارية والتحولات الطاقوية: أشكال الطاقة ومبدأ انحفاظها