طاقة وضع الجاذبية إلى طاقة ميكانيكية: كيفية التحويل ، ومتى ، وأين ، وأمثلة وحقائق


أي جسم في وضع السكون يمتلك طاقة بسبب موقعه تحت تأثير قوة الجاذبية يسمى طاقة الجاذبية الكامنة.

من قانون الحفاظ على الطاقة ، يتضمن تحويل طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة ميكانيكية تسريع الجسم الثابت للقيام بالعمل. في هذا المنشور ، ستتعرف على المزيد حول تحويل طاقة وضع الجاذبية إلى طاقة ميكانيكية والحقائق.

يمكن أن يكون العمل الميكانيكي في شكل طاقة حركية أو طاقة كامنة.

كيف ترتبط إمكانات الجاذبية والطاقة الميكانيكية؟

يصف القانون الأول للديناميكا الحرارية كيف يمكن تحويل الطاقة من شكل إلى آخر. يكفي أن تعرف العلاقة بين طاقة الجاذبية الكامنة والطاقة الميكانيكية.

تصف كتلة الجسم والارتفاع الذي يوضع فيه الجسم فوق مستوى الأرض طاقة الجاذبية الكامنة. عندما تزداد كتلة الجسم وارتفاعه ، تزداد طاقة وضع الجاذبية على الجسم ؛ عندما يتم تحريره من أقصى ارتفاع ، فإن السرعة التي يكتسبها الجسم ستكون أكبر ؛ وبالتالي ، فإن الطاقة الميكانيكية هي أيضًا أكثر.

هذا يعني أن طاقة الجاذبية الكامنة والطاقة الميكانيكية تمتلك علاقة تناسب خطية.

كيف يتم تحويل طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة ميكانيكية؟

تحدد نظرية الشغل والطاقة دائمًا الشغل الميكانيكي الذي يتم إجراؤه على النظام عن طريق تحويل الطاقة. باستخدام هذا المبدأ ، يتم تحويل طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة ميكانيكية.

تمتلك الأجسام الموجودة في الهواء أقصى طاقة جاذبية مخزنة داخل الجسم. عندما تتساقط ، يتم إطلاق الطاقة المخزنة وتكون جاهزة للقيام بالعمل عن طريق الحصول على الطاقة الميكانيكية.

ملف: Falling body.svg - ويكيميديا ​​كومنز طاقة وضع الجاذبية إلى طاقة ميكانيكية
سقوط الجسم تحويل الطاقة الكامنة الجاذبية للطاقة الميكانيكية
صورة ائتمانات: المشاعات ويكيميديا

متى يتم تحويل طاقة وضع الجاذبية إلى طاقة ميكانيكية؟

لا يتحرك أي كائن حتى تسببه أي قوة خارجية.

لنفترض أن كائنًا ما تم الاحتفاظ به على ارتفاع معين ؛ يمتلك الجسم أقصى طاقة محتملة للجاذبية. إذا تم ممارسة أي قوة خارجية عليهم ، فسوف يبدأون في السقوط من خلال إطلاق طاقتهم الكامنة المخزنة عن طريق الجاذبية. الجسم الساقط يمتلك طاقة حركية.

الطاقة الحركية التي يكتسبها الجسم هي الشغل المبذول على الجسم ، وبالتالي ، تحويل الطاقة الكامنة الجاذبية للطاقة الميكانيكية.

أين يتم تحويل طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة ميكانيكية؟

يرتفع جهد الجاذبية مع زيادة الارتفاع. لذلك عندما يتم الاحتفاظ بالجسم في أقصى ارتفاع ، تكون هناك فرص أكبر لاكتساب أقصى طاقة ميكانيكية.

مع زيادة الارتفاع ، تزداد الجاذبية التي تسحب الجسم الهابط. هذه الزيادة في بذل الجاذبية على الجسم تجعله يتسارع باكتساب الطاقة الحركية. الزيادة في السرعة تجعل الجسم ينقل طاقته الكامنة المخزنة. هذه الطاقة الكامنة المنقولة هي طاقة ميكانيكية.

طاقة الجاذبية الكامنة إلى صيغة الطاقة الميكانيكية

عند تحويل جهد الجاذبية الطاقة الميكانيكية تحدث الطاقة ، ويبدأ الجسم في التحرك ، ويمتلك طاقة حركية. مجموع هذه الطاقة الحركية وطاقة وضع الجاذبية هي الطاقة الميكانيكية التي يمتلكها الجسم.

تعطي المعادلة U = mgh طاقة وضع الجاذبية للجسم ، حيث m هي كتلة الجسم ، و g هي قوة الجاذبية ، و h الارتفاع.

تعطى الطاقة الحركية بواسطة K = 1 / 2mv2 حيث m الكتلة و v السرعة. يتم إعطاء الطاقة الميكانيكية الناتجة عن طاقة وضع الجاذبية بواسطة

E = U + K ؛ يصف هذا التعبير العلاقة بين طاقة الجاذبية الكامنة والطاقة الميكانيكية.

طاقة الجاذبية الكامنة لكفاءة الطاقة الميكانيكية

تتضمن كفاءة تحويل طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة ميكانيكية كمية أقل جدًا من طاقة الجاذبية للقيام بأقصى قدر من العمل. يتم إعطاء الصيغة على النحو التالي ؛

Eخارج هي الطاقة المحولة ، و E.in هو الشكل الأولي للطاقة.

نظرًا لأن الطاقة الميكانيكية ليست سوى مجموع الطاقة الكامنة الحركية والجاذبية ، والتي تُعرف أيضًا باسم الطاقة الكلية للنظام. لذلك يمكن كتابة المعادلة كـ

طاقة الجاذبية الكامنة لأمثلة الطاقة الميكانيكية

الشلالات

قبل السقوط من جرف ، يمتلك الماء طاقة وضع الجاذبية ؛ عند سقوطها ، تمتلك طاقة حركية. مجموع هاتين الطاقتين اللتين يمتلكهما الماء هو طاقة ميكانيكية.

الكرة المدمرة

تستخدم كرة التدمير لهدم المباني الكبيرة. عند الارتفاع من الأرض ، تمتلك الكرة طاقة وضع الجاذبية ؛ يقوم بالأعمال الميكانيكية على المبنى عند سقوطه.

تنضج الثمار على الشجرة

الثمرة الناضجة قبل السقوط تمتلك طاقة وضع الجاذبية. عندما تكون على وشك السقوط ، يتم تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة ميكانيكية.

السفينة الدوارة

تجمع لعبة Roller coaster طاقة الجاذبية الكامنة والحركية طاقة. يتم عمل بعض الأعمال الميكانيكية على كرسي السيارة المسئول عن حركة السيارة.

رقاص الساعة

البندول يمتلك طاقة وضع الجاذبية قبل أن يتأرجح. يتم تحويل هذه الطاقة إلى طاقة ميكانيكية عندما تبدأ في التأرجح.

أثقال أثقال

بسبب الارتفاع ، يمتلك الوزن المرتفع طاقة وضع الجاذبية. عندما يتم سحبها لأسفل ، تدخل الطاقة الميكانيكية حيز التنفيذ.

رحلة الطائرة

يمكن للطائرات أن تطير بكفاءة في السماء بسبب تحويل طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة ميكانيكية.

عجلة فيريس

يرجع رفع وسقوط كابينة عجلة فيريس إلى تحويل طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة ميكانيكية.

ارتدت الكرة

عندما ترتد الكرة على ارتفاع معين ، فإنها تمتلك طاقة وضع الجاذبية. أثناء الارتداد ، تزداد سرعة الكرة بتحويلها إلى طاقة ميكانيكية.

أرجوحة

أثناء لعب التأرجح ، يختبر الجميع أقصى سرعة أثناء الانتقال من ارتفاع أكبر نحو مستوى الأرض. هذا بسبب تحويل طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة ميكانيكية.

مركبات على قمة التل

إذا أوقفت مركبتك على قمة التل ، فإن لديها أقصى طاقة محتملة للجاذبية. يتم تحويل هذا إلى طاقة حركية أثناء التحرك لأسفل. يتم عمل الطاقة الحركية بواسطة الطاقة الميكانيكية.

التوربينات الهيدروليكية

يتسبب سقوط الماء من ارتفاع معين في دوران التوربين. في البداية ، يمتلك الماء طاقة وضع الجاذبية ، والتي تعمل على التوربين للقيام بعمل ميكانيكي.

جهاز قياس الوزن

يتضمن عمل الموازنة لميزان الوزن التقليدي تحويل طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة ميكانيكية.

الشرائح في الحديقة

بسبب الارتفاع ، فإن الطفل الموجود في الجزء العلوي من الشريحة يمتلك طاقة وضع الجاذبية. عندما ينزلق لأسفل ، يبدأ في التسارع ، وهو شكل الطاقة الميكانيكية.

الجرافيترون

يعمل الجرافيترون على قوة الطرد المركزي ومبدأ انعدام الجاذبية المستخدم في مدينة الملاهي. عندما يبدأ الجرافيتون في التسارع ، يتم تحويل طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة ميكانيكية للقيام بالعمل ومنع الشخص من السقوط.

في الختام

من هذا المنشور ، نتعرف على أن تحويل طاقة وضع الجاذبية إلى طاقة ميكانيكية يتم من خلال إنتاج الطاقة الحركية.

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

رابط إلى هيكل وخصائص NaOH Lewis: 17 حقائق كاملة

هيكل وخصائص NaOH Lewis: 17 حقائق كاملة

هيدروكسيد الصوديوم عبارة عن قاعدة غير عضوية قوية ذات كتلة مولية 40 جم / مول. دعونا نناقش المزيد من هيدروكسيد الصوديوم في المقالة التالية. NaOH عبارة عن قاعدة معدنية قلوية ، لذا فإن طبيعة القاعدة قوية جدًا. إنه أيوني ...