يمكن أن تكون الطاقة الكامنة سلبية: حقائق مفصلة وأمثلة وأسئلة شائعة


بشكل عام ، فكر في هل يمكن للجسم أن يمتلك طاقة سلبية؟ إذا كانت الإجابة بنعم ، فما المقصود بالطاقة السلبية وهل من الممكن الحصول على طاقة سلبية؟

يوفر إجمالي الطاقة يمكن أن يكون النظام سالبًا إذا كان حجمه الطاقة الكامنة أكبر من حجم الطاقة الحركية. بمعرفة هذا ، يطرح سؤال الآن: هل يمكن أن تكون الطاقة الكامنة سلبية؟ ترد الإجابة على هذا السؤال بالتفصيل في هذه المقالة.

كيف يمكن أن تكون الطاقة الكامنة سلبية

الطاقة الكامنة السلبية هي مفهوم نسبي يعتمد على الإطار المرجعي.

يوفر يمكن أن تكون الطاقة الكامنة سالبة عندما يظل الجسم عند نقطة مرجعية بامتلاك طاقة صفرية. إذا تم إبقاء الجسم تحت سطح الأرض ، فإنه يمتلك طاقة كامنة سلبية.

دعونا نفكر في كائن على ثلاثة ارتفاعات مختلفة. إذا كانت A نقطة أسفل سطح الأرض ، فإن B هي النقطة الموجودة على سطح الأرض. C هي النقطة الموجودة فوق سطح الأرض. الكائن الآن عند النقطة B ؛ نظرًا لأن النقطة B على سطح الأرض ، فليس لها طاقة كامنة.

يمكن أن تكون الطاقة الكامنة سلبية
يمكن أن يكون الرسم التوضيحي لإظهار الطاقة الكامنة سالبًا

عندما يرفع الجسم ويصل إلى النقطة C ، يكون عنده الحد الأقصى الطاقة الكامنة بسبب ارتفاعها. طالما أن الجسم عند النقطة C ، فإن طاقته الكامنة ستكون قصوى. لنفترض أن الكائن عاد إلى النقطة B ، وتناقصت طاقته الكامنة ، وأصبحت الكسب صفرًا.

إذا انخفض الكائن عند النقطة B إلى النقطة A ، التي تقع تحت سطح الأرض ، فإن الجسم يمتلك بعض الطاقة الكامنة. إمكانات الكائن عند النقطة أ هي سلبي لأن الطاقة المرجعية تحت سطح الأرض صفر. لذا يمكننا القول أن الشغل الذي يقوم به مجال الجاذبية يجلب الكتلة من اللانهاية إلى سطح الأرض ، أي الجهد الطاقة سلبية. وبالمثل ، عندما تُلقى كرة في الهواء ، تكتسب الكرة طاقة وضع موجبة بينما تتحرك الكرة عكس قوة الجاذبية.

اعتمادات الصورة: صورة بواسطة ناقلات OpenClipart تبدأ من Pixabay

عندما تعود الكرة إلى الأرض بسبب جاذبية الجاذبية ، فإن الطاقة الحركية التي يمتلكها الجسم تكون قصوى. من الناحية الأيديولوجية يمكننا القول أن الكرة قد اكتسبت طاقة كامنة سالبة.

هل يمكن أن تكون الطاقة الكامنة في الربيع سلبية

كيف يمكن أن تكون الطاقة الكامنة سلبية في الربيع؟ هذا سؤال أساسي يُطرح أثناء الحديث عن الربيع لأن الطاقة الكلية للربيع تكون دائمًا إيجابية.

  • يمكن أن يمتلك الزنبرك طاقة كامنة سلبية اعتمادًا على موضع الزنبرك.
  • يمتلك الربيع طاقة كامنة عندما يكون مضغوطًا أو ممدودًا.

بشكل عام ، يحتوي الربيع على موضعين متطرفين وموضع توازن. الربيع لا يمتلك أي طاقة محتملة في أقصى الموضع.  

إذا وضعنا الزنبرك في نقطة الصفر المرجعية كموقف توازن ، فإن الزنبرك يمتلك طاقة كامنة سالبة مثل

أين؛ ك هو ثابت الربيع ؛ س هو إزاحة الربيع. ومع ذلك ، إذا تم تحرير الزنبرك من الضغط ، فإنه يستعيد موضعه الأصلي. خلال هذه العملية ، فقد الربيع طاقته الكامنة. عندما يعود الربيع إلى موضعه الأولي ، فإنه يستعيد طاقته الكامنة المفقودة. لكن سيكون هناك اختلاف طفيف في الطاقة الكامنة.

يمكن أن تكون الطاقة الكامنة سلبية
رسم توضيحي لإظهار أن الطاقة الكامنة في الربيع تكون سالبة

الآن التغيير في الطاقة الكامنة يكون

من أجل التعويض عن الطاقة الكامنة ، نحن أحرار في إضافة ثابت. دع V0 كن ثابتا ثم ستكون الطاقة الكامنة

من التعبير أعلاه ، نعلم أنه على الرغم من أن الربيع يحتوي على طاقة كامنة سلبية ، فإن التغيير في الطاقة الكامنة للربيع يكون دائمًا إيجابيًا ، لأن القوة المقابلة للتغيير في الطاقة الكامنة للزنبرك تساوي البسيط الحركة المتناسقة.

هل يمكن أن تكون طاقة الجاذبية الكامنة سالبة?

إذا كان على الجسم أن يمر دون مستوى الطاقة المرجعية أو تم إبقائه على ارتفاع أكبر بعيدًا عن الجاذبية ، فإن طاقة وضع الجاذبية تكون سالبة.

لنفترض أن الجسم يتحرك على ارتفاع معين ؛ الجاذبية تريد جذب الجسم نحوها. لكن الجسم يحتاج إلى كمية معينة من طاقة الجاذبية الكامنة للسفر عكس الجاذبية بجعل الشغل الذي تقوم به الجاذبية سالبًا. ومن ثم تصبح طاقة وضع الجاذبية سالبة بينما ينتقل الجسم نحو ارتفاع غير محدود.

عادة ، عندما يتم رفع الجسم إما أنه يمتلك صفرًا أو أقصى قدر من الطاقة الكامنة. ولكن في حالة طاقة الجاذبية الكامنة ، فإن الشغل الذي تقوم به الجاذبية سيكون دائمًا سالبًا.

بواسطة معادلة طاقة الجاذبية الكامنة,

وبالمثل ، فإن PE2 = -Fd cosθ = mgh

PE1 و PE2 كلاهما في إطار مرجعي مختلف ، وبالتالي فإن طاقة وضع الجاذبية هي قيمة موجبة وسالبة.

الأسئلة المتكررة

هل الطاقة الكامنة السلبية تؤثر على الطاقة الحركية؟

يمتلك الجسم المتحرك الطاقة الحركية بسبب العمل الذي يقوم به الجسم بواسطة الطاقة الكامنة.

تكون الطاقة الحركية موجبة دائمًا لأن الكمية الداخلة في الطاقة الحركية ، أي الكتلة والسرعة ، تكون دائمًا موجبة لأن مربع أي رقم يكون دائمًا موجبًا. ومن ثم تظل الطاقة الحركية موجبة ، حتى لو كانت الطاقة الكامنة سالبة.

ما سبب العمل السلبي المنجز على الجسم؟

يُقال إن الشغل الذي يقوم به الكائن يكون سالبًا فقط عندما ينزاح الجسم مقابل القوة المطبقة.

قوة الاحتكاك هي أحد أسباب العمل السلبي المنجز. تعمل قوة الاحتكاك دائمًا على تأخير الحركة في الاتجاه المعاكس للقوة المطبقة ، مما يجعل الشغل المبذول على الجسم سالبًا. سبب آخر هو قوة الجاذبية. إذا كان الجسم يتحرك بعيدًا عن قوة الجاذبية ، فإن الجاذبية تجعل الشغل المبذول على الجسم سالبًا.

أعط أمثلة على الطاقة الكامنة السلبية.

بعض الأمثلة على الطاقة الكامنة السلبية مذكورة أدناه:

  • إذا اعتبرنا النقطة المرجعية كجدول ، فإن الكتاب الموجود على الأرض به طاقة كامنة سلبية.
  • تمتلك الكواكب الموجودة في النظام الشمسي طاقة كامنة سلبية.
  • يمتلك الجرذ الموجود في حفرة داخل الأرض طاقة كامنة سالبة.

ما المقصود بالطاقة الكامنة الربيعية السلبية؟

يتم تعريف الطاقة الكامنة للربيع السالب من حيث اتجاه قوة الاستعادة والقوة المطبقة.

في الجسم المرن ، يكون العمل المنجز على الجسم الناتج عن القوة التصالحية معاكسًا لقوة التطبيق ، ثم يُقال إن الطاقة الكامنة المخزنة سالبة الطاقة الكامنة في الربيع.

ما العامل الذي يؤثر على الطاقة الكامنة في الربيع؟

تتأثر الطاقة الكامنة للربيع بعوامل مثل ؛

  • التشوه - يعطي ضغط أو استطالة الزنبرك مقدار الطاقة الكامنة التي اكتسبها الزنبرك.
  • ثابت الربيع - القوة المبذولة لمد أو ضغط الزنبرك تسمى ثابت الزنبرك ، والتي لها دائمًا قيمة موجبة ، والتي تؤثر على الطاقة الكامنة.

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