العلاقة بين الطاقة الكامنة والمسافة: حقائق مفصلة


في هذه المقالة ، سنناقش العلاقة بين الطاقة الكامنة والمسافة.

قد تزداد الطاقة الكامنة أو تنقص مع المسافة اعتمادًا على أنواع القوى المؤثرة على النظام. بالنسبة للقوى الطاردة ، ستقلل الطاقة الكامنة ، وبالنسبة للقوى الجذابة ، فإن الطاقة الكامنة سوف تتصاعد مع زيادة المسافة.

هل تزداد الطاقة الكامنة مع المسافة بين الجسيمات

تعتمد الطاقة الكامنة لأي نظام في الواقع على المسافة اعتمادًا على أنواع القوى المؤثرة على الكائنات. لا يمكن إنكار أن الطاقة الكامنة تعتمد على المسافة وتتناسب عكسيا مع بعضها البعض. إذا كانت القوة بين الاثنين جذابة ، فإن الطاقة الكامنة ستزداد مع زيادة المسافة بينهما ، وإذا كانت القوة منفرة ، فإن الطاقة الكامنة ستنقص المسافة بينهما.

دعونا نوضح مناقشتنا حول كيفية تأثير التغيير في المسافة على الطاقة الكامنة.

الجاذبية:

يتم الشعور بسحب جاذبية ضعيف على جميع الأجسام الموجودة بالقرب من سطح الأرض وعلى سطحه بسبب جاذبية الأرض. الطاقة الكامنة لأي جسم على سطح الأرض تساوي دائمًا صفرًا. تعتمد الطاقة الكامنة المرتبطة بأي جسم على وزن الجسم بسبب الجاذبية وارتفاع الجسم عن الأرض. وبالتالي يتم الإشارة إلى الطاقة الكامنة على النحو التالي: -

V = mgh

هذا يدل على أن الطاقة الكامنة تتناسب طرديا مع ارتفاع الجسم فوق الأرض. ولكن ، نظرًا لتأثير قوة الجاذبية الأرضية على الكائنات المحيطة بها ، يتم سحب الجسم للخلف باتجاه سطح الأرض وخلال ذلك الوقت تُستخدم الطاقة الكامنة للجسم للعودة إلى الأرض لتحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية الطاقة التي تسرع الجسم على الأرض. هذه حقيقة عالمية مفادها أن جميع الكائنات تميل إلى احتلال أقل مستوى من الطاقة الكامنة.

طاقة جهد الجاذبية بين جسمين في الفضاء:

تتناسب قوة الجاذبية التي تمارس على الجسمين في الفضاء عكسًا مع مربع المسافة بينهما. يتم تمثيله بالصيغة

F = G * (م1m2) / ص2

حيث G ثابت الجاذبية.

الطاقة الكامنة للكتل بسبب قوة الجاذبية هي القيمة التكاملية لتجربة القوة الجذابة بين الكتلتين ، وبالتالي يمكننا الكتابة

الطاقة الكامنة -

من المعادلة أعلاه ، يمكننا القول أن الطاقة الكامنة لكلا الجسمين تعتمد على المسافة بين الاثنين المرتبطين في خط. تشير العلامة السالبة إلى أن العمل المنجز سلبي ، وبالتالي فإن القوة هي قوة جذابة. لذلك ، إذا زادت المسافة بين الاثنين ، فسيكون العمل المنجز أقل وستزداد الطاقة الكامنة.

يوضح هذا بوضوح أنه إذا كانت المسافة بين الأجرام السماوية كبيرة ، فهذا يعني أن الطاقة الكامنة المرتبطة بالجسم السماوي أكبر أيضًا.

الجهد الكهربائي طاقة:

الجهد الكهربي هو مقدار الجهد لكل وحدة شحنة ، في حين أن طاقة الوضع الكهربائي هي مقدار الطاقة المطلوبة لجلب الجسيم المشحون من المسافة إلى تلك النقطة.

ضع في اعتبارك جسيم الشحنة q1 وجود شحنة موجبة مقدارها 1C على مسافة 'r' من شحنة النقطة.

العلاقة بين الطاقة الكامنة والمسافة
شحن الجسيمات على مسافة 'r' من المصدر

ثم احتمال الشحنة q1سوف يكون

عندما يتم استبدال شحنة النقطة بشحنة q2 لها نفس شحنة q1 ثم تجربة القوة على تهمة q1 بسبب q2 وعلى تهمة q2 بسبب q1 is

شحنتان متساويتان تفصل بينهما مسافة "r"

بما أن الطاقة الكامنة المرتبطة بالجسيم هي النتيجة المتكاملة لجميع القوى المؤثرة على الجسيم. لذلك ، فإن الطاقة الكامنة ستكون مساوية لـ

في هذه الحالة ، مع زيادة الفصل بين الشحنتين ، ستنخفض الطاقة الكامنة فيما يتعلق بالمسافة. نظرًا لأن شحنتين متساويتين ستتنافران عن بعضهما البعض ، فإن طاقة الوضع الكبيرة مطلوبة لتقريب الشحنتين من بعضهما البعض.

الآن ، إذا كانت الشحنة المحفوظة في المصدر سالبة الشحنة ، فإن القوة الكهروستاتيكية التي تمارس بالتساوي على كل جسيم ستكون

جسيمان مشحونان بشكل معاكس مفصولة بمسافة 'r'

يوفر علامة سلبية على الطاقة الكامنة يشير إلى أن القوة بين الجسيمين المشحونين بشكل معاكس جذابة. في هذه الحالة ، نظرًا لأن المسافة بين جسيمي الشحنة تزيد أيضًا من الطاقة الكامنة التي تولدها الجسيمات لجذب بعضها البعض.

الطاقة الكامنة بسبب الربيع:

كتلة خشبية متصلة بخيط

ضع في اعتبارك كتلة خشبية من كتلة 'm' متصلة بأحد أطراف الزنبرك لها قيمة زنبركية ثابتة 'k' وطرف آخر للزنبرك متصل بالجدار الصلب. يتم تطبيق القوة في الاتجاه كما هو موضح في الشكل لإزاحة الكتلة الخشبية إلى مسافة 'x' من الموضع الأولي. القوة المطلوبة لسحب الكتلة الخشبية المتصلة بالخيط هي kx. ستكتسب الكتلة ما يكفي من الطاقة الكامنة والتي عند إطلاقها تتحول إلى طاقة حركية وبسبب الخاصية المرنة للزنبرك ، فإن الكتلة ستتحرك قليلاً نحو الجدار الصلب.

الطاقة الكامنة للربيع تساوي الشغل الذي يقوم به الزنبرك وتُعطى كجزء لا يتجزأ من القوة المؤثرة على الكتلة بسبب الربيع. وبالتالي،

 

إذا تم سحب الكتلة المرتبطة بالخيط أكثر ، فإن الطاقة الكامنة ستزداد أيضًا بمقدار مربع الإزاحة.

مزيد من المعلومات حول الطاقة الكامنة.

كيف تؤثر كتلة ومسافة الجسم على الطاقة الكامنة

وفقًا لعلاقة تكافؤ الكتلة والطاقة التي وصفها ألبرت أينشتاين وصيغتها المعادلة E = mc2؛ كتلة الجسم مرتبطة بالطاقة المرتبطة به. الطاقة الداخلية المخزنة في الكائن هي إمكاناته. للقيام بأي عمل ، يتم استخدام هذه الطاقة الكامنة عن طريق تحويل هذه الطاقة إلى شكل آخر من أشكال الطاقة.

في معظم الحالات كما رأينا أعلاه ، تقل الطاقة الكامنة مع المسافة لأن الطاقة الكامنة تتناسب عكسياً مع المسافة بين الجسم والمصدر أو بين الجسمين. لكننا لاحظنا أيضًا أنه عندما تكون القوة بين الجسمين جذابة ، فإن الطاقة الكامنة تزداد مع زيادة المسافة التي تفصل بين الجسمين.

لماذا تزداد الطاقة الكامنة مع المسافة

إذا زادت المسافة التي تفصل بين الجسمين ، فإن الطاقة الكامنة سترتفع أيضًا إذا كانت القوة المؤثرة بين الجسمين قوة جذابة. هذا بسبب؛ ستكون هناك حاجة إلى قوة أقل وأقل لإبقاء الأجسام بعيدة عن بعضها البعض إذا واصلنا زيادة المسافة بينهما لأن القوة تتناقص إلى مربع المسافة بينهما.

العمل الذي يقوم به النظام يشبه الطاقة الكامنة المطلوبة للقيام بهذا العمل. إذا تم وضع الجسمين الجاذبين لبعضهما البعض بالقرب من بعضهما البعض ، فستكون هناك حاجة إلى طاقة محتملة أقل لتقريب الجسمين. إذا كانت الجثث بعيدة ، فستكون هناك حاجة إلى مزيد من الإمكانات للقيام بنفس العمل. ستكون هناك حاجة إلى المزيد والمزيد من الطاقة الكامنة إذا أصبحت المسافة بين الجسمين أكبر.

مزيد من المعلومات حول 20+ أمثلة على الطاقة الكامنة: حقائق مفصلة.

الأسئلة المتكررة

اكتشف الطاقة الكامنة للخيط الذي له ثابت زنبركي 25 نيوتن متر-1 والإزاحة 20 سم.

معطى:

ك = 25 نيوتن متر-1

س = 20 سم = 0.2 م

القدرة الطاقة المخزنة في الخيط الممتد على مسافة 20 سم يساوي 0.5 ج.

لماذا الطاقة الكامنة للقوة الجاذبة سلبية؟

في قوى الجاذبية ، تمارس الجسيمات قوة جذب لتقريبها من بعضها البعض. يجب القيام بالعمل لإبقائهم على مسافة محدودة.

القوة المطبقة للقيام بذلك هي في الاتجاه المعاكس لقوة التجاذب بين الجسيمين ، وبالتالي العمل المنجز في اتجاه لمعارضة القوة الجذابة. نظرًا لأن الطاقة الكامنة المطبقة تتوافق مع العمل المنجز ، فهي سلبية.

أكشيتا ماباري

مرحبًا ، أنا أكشيتا ماباري. لقد حصلت على ماجستير. في الفيزياء. لقد عملت في مشاريع مثل النمذجة العددية للرياح والأمواج أثناء الإعصار ، وفيزياء اللعب وآلات التشويق الآلية في مدينة الملاهي على أساس الميكانيكا الكلاسيكية. لقد تابعت دورة تدريبية حول Arduino وأنجزت بعض المشاريع الصغيرة على Arduino UNO. أحب دائمًا استكشاف مناطق جديدة في مجال العلوم. أنا شخصياً أعتقد أن التعلم يكون أكثر حماساً عندما يتعلم بالإبداع. بصرف النظر عن هذا ، أحب القراءة ، والسفر ، والعزف على الجيتار ، وتحديد الصخور والطبقات ، والتصوير ، ولعب الشطرنج. اتصل بي على LinkedIn - LinkedIn.com/in/akshita-mapari-b38a68122

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...