هل يمكن أن تكون الطاقة الكامنة المرنة سلبية: حقائق مفصلة وأسئلة شائعة


نحن على دراية بمصطلح الطاقة الكامنة المرنة ، والتي يمكن تعريفها على أنها الطاقة التي يمتلكها الجسم المرن بسبب فضيلة التغيير في اتجاهه.

من خلال تعريف الطاقة الكامنة المرنة ، يكون الاتجاه مسؤولاً عن تغير شكل الجسم. إذن هل يمكن أن يكون لجسم ما توجه سلبي؟ ثم يمكن الطاقة الكامنة المرنة يكون سلبيا إذا كان اتجاهه سلبيا؟ ماذا يعني ذلك؟

تمت مناقشة مصطلح الطاقة الكامنة السلبية في المنشور السابق. الآن دعونا نناقش الطاقة الكامنة السلبية المرنة.

تعطى المعادلة الطاقة الكامنة التي يمتلكها الجسم المرن.

حيث k هو الثابت المرن ، و x هو مقدار التشوه.

PE = (1/2) ككس2

بالتعبير أعلاه ، فإن الطاقة الكامنة لا يمكن أن يكون المخزن في الجسم المرن سالبًا لأن الثابت المرن هو كمية تكون إيجابية دائمًا ، ويمكن زيادة التشوه أو تقليله. ومع ذلك ، فإننا نأخذ القيمة التربيعية للتشوه ؛ مربع الرقم السالب موجب أيضًا. وبالتالي ، لا يمكن أن يمتلك الجسم المرن الطاقة الكامنة السلبية أثناء التعامل مع الطاقة الكامنة المرنة في النظرية الكلاسيكية.



صورة ائتمانات: الصورة عن طريق بيجي وماركو لاشمان-أنك تبدأ من Pixabay

لذلك إذا قمت برسم الرسم البياني للطاقة الكامنة المرنة كدالة للإزاحة ، فستحصل على دالة تربيعية ، وهي الحد الأقصى عند x = 0.

رسم بياني للطاقة المحتملة مقابل. الإزاحة

هل يمكن أن تكون الطاقة الكامنة المرنة سالبة؟ هذا سؤال فيه الكثير من اللبس. يمكن الإجابة عن هذا من خلال النظر في نظرية الكم الشهيرة جدًا لقط شرودنجر.

تقول قطة شرودنجر أن أي طاقة كامنة حرة في قبول الثابت التعسفي ، الذي لا يغير كيانها المادي.

لكل جسم مرن ، نحتاج إلى القيام بالعمل لجعلها تتمدد أو تنضغط. العمل الذي يتم على الجسم مسؤول عن مقدار تشوه الجسم.

في ميكانيكا الكم ، يوازن مستوى حالة الطاقة صفر المرجعي دائمًا التغيير في الطاقة الكامنة و الطاقة الحركية. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون الطاقة الكامنة المرنة بعد التمدد سالبة.

لذلك من الضروري اختيار نظام لوصف الكمية المادية بأنها سالبة أو موجبة.

متى يمكن أن تكون الطاقة الكامنة المرنة سالبة

هناك تناقض في البيان أعلاه ؛ في بعض المواد المعينة مثل الزنبرك ، تكون الطاقة الكامنة المرنة سالبة.

عندما يقاوم الربيع نفسه بالتمدد ، فإن الإمكانات الطاقة المخزنة داخل الربيع يمكن أن تكون سالبة.

التمدد والضغط هو الخاصية الرئيسية للزنبرك. يتم ضغط الزنبرك عند الضغط عليه بقوة خارجية. يجب أن يستعيد الزنبرك المضغوط شكله الأصلي عن طريق الشد لأن القوة المرنة هي قوة استعادة.

ولكن عندما يقتصر الربيع على استعادة شكله الأصلي ، فإن الطاقة الكامنة المخزنة في الربيع يصبح سلبيا.

النتيجة الأخرى التي قد تتسبب في أن تكون الطاقة الكامنة المرنة سالبة هي عندما تمتلك النقطة المرجعية طاقة كامنة أكثر من النقطة الفعلية حيث يقع الجسم المرن ؛ بعد ذلك ، يمتلك الجسم المرن الطاقة الكامنة السلبية.

كيف يمكن أن تكون الطاقة الكامنة المرنة سالبة

تلعب طاقة النقطة المرجعية دورًا حيويًا في الطاقة الكامنة السلبية. عند النقطة المرجعية ، يمتلك كل جسم قدرًا معينًا من الطاقة الكامنة. بالنظر إلى النقطة المرجعية ، يمكننا الحصول على إجابة عن كيف يمكن أن تكون الطاقة الكامنة المرنة سالبة.

هل يمكن أن تكون الطاقة الكامنة المرنة سالبة
توضيح يوضح كيف يمكن مرونة الإمكانات تكون الطاقة سلبية

يضغط الجسم المرن فقط عندما يتم تشغيل قوة خارجية عليها. إذا تم ضغط الجسم المرن وكان ذلك مؤكدًا الإزاحة من موقعها الأصلي أسفل طاقة النقطة المرجعية ، ستكون الطاقة الكامنة المخزنة بعد ضغط الجسم سالبة.

الأسئلة المتكررة

ما الفرق بين الطاقة الكامنة المرنة والجاذبية؟

مرونة و طاقة الجاذبية الكامنة نوعان من الطاقة الكامنة ؛ هناك بعض الاختلافات بينهما ، المدرجة في الجدول أدناه.

الطاقة الكامنة المرنةطاقة الجاذبية الكامنة
يؤثر الجسم على الطاقة الكامنة المرنة بسبب الاستطالة أو الانضغاط.طاقة الجاذبية الكامنة يتأثر بالكائن الموضوع عموديًا.
لا تتأثر الطاقة الكامنة المرنة بارتفاع الجسم وكتلته.تتأثر طاقة وضع الجاذبية بشكل أساسي بالارتفاع الذي يوضع عنده الجسم والكتلة التي يمتلكها
تعتمد الطاقة الكامنة المرنة على الإزاحة ، والتي تحدد مقدار الضغط والاستطالة.طاقة وضع الجاذبية لا تزعجها الإزاحة عندما يتحرك الجسم أفقيًا. ولكن إذا كان الجسم يتحرك عموديًا عكس الجاذبية ، فإن مقدار الإزاحة يعتبر ارتفاعًا.
من أجل شرح السلبية الطاقة الكامنة المرنةإلى جانب طاقة نقطة الصفر ، يجب أن تشارك نظرية الكم في هذه العملية.حالة نقطة الصفر كبيرة بما يكفي لتفسير جهد الجاذبية السالب الطاقة كمركز الكتلة في مجال الجاذبية يعتبر النقطة المرجعية.

هل تؤثر الطاقة الكامنة السلبية على مرونة المادة؟

تعتمد المرونة فقط على طبيعة المادة ، مثل مقدار ضغط الجسم أو استطالة.

عندما يتم شد الجسم أو ضغطه ، تكون الطاقة الكامنة في الحد الأقصى طالما أن الجسم في حالة مشوهة. إذا واصلت تمطيطه أو ضغطه ، فلن يتمدد الجسم أو يضغط أبدًا عندما يصل إلى مستوى التشبع. لذلك لا تتأثر المرونة بـ الطاقة الكامنة السلبية أو الإيجابية.

تزداد الطاقة الكامنة المرنة تربيعًا ؛ لماذا ا؟

الطاقة المرنة هي نوع من الطاقة التي تختلف باختلاف الاستطالة والضغط.

خاصية عدم الثبات ترجع إلى طبيعتها. لجسم مرن ، إذا قمت بتطبيق صغير القوة لممارسة الحركة ، سيتم تخزين الطاقة التي تسبب مسافة سحب مزدوجة على الجسم المرن. لذلك من أجل سحب طفيف ، يسافر الجسم ضعف المسافة ؛ هذا هو المسؤول عن الزيادة التربيعية لطاقة الوضع المرنة.

هل تصلب الجسم المرن يؤثر على الطاقة الكامنة المرنة؟

نعم ، الصلابة والطاقة الكامنة كميات متناسبة.

إذا كان الجسم المرن أكثر صلابة ، فهذا يعني أنه من الصعب جدًا ضغطه أو شده. من أجل شد الجسم الأكثر صلابة ، يجب بذل المزيد من القوة على الجسم. هذا يعني أن الطاقة الكامنة المخزنة أكثر. ومن ثم يتضح أن الصلابة تؤثر على الطاقة الكامنة. كلما زادت الصلابة ، يكون للجسم المرن المزيد الطاقة الكامنة.

هل يتم حفظ الطاقة الكامنة المرنة؟

تغير الطاقة الكامنة المرنة شكلها بعد تطبيق القوة الخارجية. في بعض الأحيان يتم فقدان الطاقة الكامنة بسبب إطلاق الحرارة الناتجة عن العمل.

منذ تطبيق وكالة خارجية يسبب الطاقة الكامنة لتغيير شكلها إلى طاقة حركية ، سيتم الحفاظ على الطاقة الإجمالية لأن الطاقة الحركية و wok دائمًا يعوضان عن فقدان الطاقة الكامنة. ومن ثم ، على الرغم من أن الطاقة الكامنة المرنة غير متحفظة ، يتم الحفاظ على إجمالي الطاقة الكامنة المرنة.

كيرثي مورثي

أنا Keerthi K Murthy ، لقد أكملت التخرج في الفيزياء ، مع التخصص في مجال فيزياء الجوامد. لطالما اعتبرت الفيزياء كموضوع أساسي مرتبط بحياتنا اليومية. كوني طالب علوم أستمتع باستكشاف أشياء جديدة في الفيزياء. ككاتب ، هدفي هو الوصول إلى القراء بالطريقة المبسطة من خلال مقالاتي. تصلني - keerthikmurthy24@gmail.com

آخر المقالات

الرابط هل المضخة الحرارية غاز أم كهربائي؟ 5 حقائق يجب أن تعرفها

هل المضخة الحرارية غازية أم كهربائية؟ 5 حقائق يجب أن تعرفها

المضخة الحرارية هي آلة تنقل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية. دعونا نناقش ما إذا كانت المضخة الحرارية تعمل بالغاز أو الكهرباء. يتم توليد المضخة الحرارية بالكهرباء. إلى عن على...