هل يؤثر الارتفاع على الطاقة الكامنة: حقائق مفصلة وأمثلة وأسئلة شائعة


الطول والطاقة الكامنة هي الكميات المتناسبة التي تؤثر على أحدهما على الآخر.

الطاقة الكامنة ليست الكمية القابلة للتحويل ؛ يؤثر ارتفاع الجسم عليه إلى حد كبير. كيف يؤثر الارتفاع على الطاقة الكامنة؟ لمعرفة الإجابة دعونا نناقشها في هذه المقالة.

كيف يؤثر الارتفاع على الطاقة الكامنة

نظرًا لأن الارتفاع يؤثر إلى حد كبير في الطاقة الكامنة، فإنه يظهر بعض الانحراف المتوسط ​​عن ارتفاع الجسم. عندما يكون الجسم على ارتفاع أكبر ، فإن الطاقة الكامنة التي يمتلكها الجسم تكون أكثر. عندما يبدأ الجسم في التحرك لأسفل ، ستتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية ويتم التغلب على الجسم من الطاقة الكامنة على مستوى الأرض.

عندما تحاول دفع الجسم في الاتجاه التصاعدي ، ستشعر بصعوبة الدفع مع زيادة الارتفاع. في هذه الحالة ، تكون الطاقة الكامنة المخزنة أكثر. لأن الطاقة الكامنة هي الطاقة القصوى المتاحة والمطلوبة للتحويل إلى أشكال أخرى. في المرتفعات الأعلى ، تحتاج إلى مزيد من الطاقة لتحريك الجسم. لذلك مع زيادة الارتفاع ، تزداد الطاقة الكامنة أيضًا.

هل الارتفاع يؤثر على الطاقة الكامنة
الطاقة الكامنة للجولة عند مستوى الأرض وعلى ارتفاع معين

تمتلك السيارة الموجودة أعلى التل قدرًا هائلاً من الطاقة الكامنة مقارنةً بالسيارة الموجودة على الأرض. الطاقة الكامنة أكثر عمودية لأن السيارة ترتفع إلى ارتفاع أكبر. إذا هبطت السيارة ، فإنها تفقد أكبر قدر من الطاقة الكامنة بسبب انخفاض الارتفاع. فقدان الطاقة الكامنة يتوافق مع مكاسب الطاقة الحركية الذي يتسبب في حركة السيارة عن طريق زيادة سرعتها.

كيف يؤثر الارتفاع على جهد الجاذبية طاقة

هل سبق لك أن رميت كرة لأعلى؟

إذا كانت الإجابة بنعم ، هل لاحظت أن الكرة تتحرك ببطء قليل أثناء تحركها لأعلى مقارنةً بالوقت الذي تعود فيه إلى الأرض؟

للإجابة على الظواهر المذكورة أعلاه ، دعونا نفكر في معادلة طاقة الجاذبية الكامنة,

PE = م * ز * ح

حيث m هي الكتلة ، و g هي عجلة الجاذبية ، و h هي ارتفاع الجسم.

ما ورد أعلاه يقول أن الطاقة الكامنة والارتفاع يرتبطان ببعضهما البعض.

من الواضح أن الزيادة في الارتفاع ، تزداد إمكانات الجاذبية بشكل متناسب.

عندما يتم رفع جسم وفصله بمسافة معينة عن مركز الأرض ، يكون الجسم في ذلك المكان المقابل لقوة الجاذبية. لذلك يتطلب الأمر مزيدًا من الطاقة لجذب الكائن نحوه. دخلت الطاقة الكامنة المخزنة حيز التنفيذ في هذه الحالة. الطاقة الحركية هي الشكل المحول للطاقة الكامنة وتجعل الجسم يعود إلى الأرض. لذلك مع زيادة الارتفاع ، يمتلك الجسم المزيد من الطاقة الكامنة للعودة إلى الأرض.

آخر مثال للارتفاع الذي يؤثر على طاقة وضع الجاذبية هي الركوب على قطار الملاهي. يتم توضيح العلاقة بين طاقة العمل من خلال السفينة الدوارة ، والتي تحول إجمالي الطاقة الميكانيكية إلى عمل من خلال تأثير القوة الخارجية. في البداية ، تكون السفينة الدوارة أعلى حلقة الجنزير على ارتفاع أكبر.

اعتمادات الصورة: صورة بواسطة ثورستن دال تبدأ من Pixabay 

عندما تبدأ عربة القطار في الكوستر بالنزول من خلال المنعطفات والحلقات والصعود والهبوط ، فإن قوة الجاذبية فقط هي التي تؤثر على عربة الأفعوانية كقوة داخلية. وبالتالي فإن قوة الجاذبية تؤدي إلى القيام بهذا العمل. في الجزء العلوي ، تمتلك طاقة كامنة لا تُصدق ، وبالتالي تنزل السيارة كوستر بسرعة عند تطبيق القوة. هذا يعني أن طاقة الجاذبية الكامنة تكون أكبر في الارتفاعات الأكبر.

كيف تؤثر مضاعفة الارتفاع على الطاقة الكامنة

مع تضاعف الارتفاع ، تتضاعف الطاقة الكامنة للنظام أيضًا.

ضع في اعتبارك معادلة طاقة الجاذبية الكامنة، يتم مضاعفة ارتفاع الكائن ، بحيث يمكن كتابة المعادلة على النحو التالي ؛

PE = م * ز * (2 س)

نظرًا لتضاعف الارتفاع ، يتم إعطاء الطاقة الكامنة الجديدة كـ

(PE) '= 2 م * ز * ح

(PE) '= 2 PE

تأمل في مثال المطرقة والمسمار. مطلوب مطرقة لتثبيت المسمار في كتلة خشبية. دع المطرقة تكون على ارتفاع معين h ؛ القوة اللازمة لإصلاح الظفر. لتثبيته على لوح خشبي ، يجب أن يتم العمل على الظفر. تتمتع المطرقة بالطاقة الكامنة لأنها غيرت موقعها فقط. يتم العمل المطلوب لإصلاح الظفر بواسطة المطرقة نظرًا لارتفاعها. إذا تضاعف الارتفاع ، فستكون هناك حاجة إلى مزيد من القوة للقيام بالعمل على الظفر. الآن ضاعفت المطرقة الطاقة الكامنة للقيام بالعمل وعمل المسمار على الكتلة.

أسئلة مكررة

هل تتأثر الطاقة الكامنة المرنة أيضًا بالارتفاع؟

نعم، الطاقة الكامنة المرنة يتأثر أيضًا بالارتفاع. يمكن توضيح تأثير الارتفاع من خلال المثال الوارد أدناه.

ينتج عن تشوه الجسم المرن إما عن طريق التمدد أو بالضغط الطاقة الكامنة المرنة. إذا تم تعليق الزنبرك عموديًا بمشبك وتمدد على مسافة ، يمكن أن تكون كمية التشوه مساوية للارتفاع. وبالتالي فإن المزيد من التشوه يعني المزيد من الطاقة الكامنة.

هل إنتاج الكهرباء قائم على نظرية الطاقة الكامنة؟

في الجزء العلوي من الشلال ، الطاقة الكامنة للجاذبية هي المسؤولة عن تدفق المياه إلى أسفل التل.

الشلال هو شكل مفيد من أشكال الطاقة الكامنة. نظرًا لأن الطاقة الكامنة في الجزء العلوي من الشلال عالية جدًا ، فإنها تسقط بسرعة أكبر وتتحول إلى الطاقة الحركية. إذا تم وضع التوربين في قاع الشلال ، فإن قوة الشلال على التوربين تجعل التوربين يدوران وتنتج الكهرباء.

هل الطول هو العامل الوحيد الذي يؤثر على الطاقة الكامنة؟

تتأثر الطاقة الكامنة بعوامل مختلفة مثل الكتلة والسرعة والتسارع اعتمادًا على نوع الطاقة الكامنة التي تعمل في النظام.

نظرًا لأن طاقة الجاذبية الكامنة تتأثر إلى حد كبير بكتلة الجسم وتتأثر الطاقة الكامنة المرنة بكمية التشوه ، وتعتمد طاقة الوضع الكهربائي على طبيعة الشحنة المفرغة. وبالتالي فإن الارتفاع هو أحد العوامل التي تعتمد عليها الطاقة الكامنة.

هل مضاعفة الارتفاع ثلاث مرات تؤثر على الطاقة الكامنة؟

مضاعفة الارتفاع ثلاث مرات يشبه مضاعفة الارتفاع. كما أن لها نفس التأثير على الطاقة الكامنة.

من خلال زيادة الارتفاع ثلاث مرات ، تزيد الطاقة الكامنة أيضًا من قيمتها بمقدار ثلاث مرات. يمكن زيادة الارتفاع إلى n مرة للحصول على المزيد من الطاقة الكامنة ، ولكن لا يمكننا تحقيق الارتفاع اللانهائي لأن الارتفاع اللانهائي يعني أن الجسم يجب أن يكون بعيدًا عن الجاذبية.

هل يمكن للجسم أن يمتلك طاقة كامنة غير محدودة؟

تذكر الميكانيكا الكلاسيكية أن الطاقة الكامنة هي القدرة على إحداث العمل على الجسم. من المستحيل أن يمتلك الجسم طاقة غير محدودة للقيام بهذا العمل.

إذا كان الجسم يمتلك طاقة كامنة لا نهائية ، فإما أن يكون للجسم كتلة لا نهائية ، أو أن الجسم يظل على ارتفاع أكبر من نصف قطر الأرض. هذا مخالف لتكافؤ الكتلة والطاقة. وبالتالي لا يمكن للجسم أن يمتلك كمية لا حصر لها من 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