ما نوع طاقة كتاب مستقر على سطح طاولة

طاقة الوضع

هي نوع طاقة كتاب مستقر على سطح طاولة

.

هناك العديد من أشكال الطاقة في الفيزياء؛ واحدى تلك الأشكال هي طاقة الوضع، أو الطاقة الكامنة؛ وهي تلك الطاقة المخزنة في الجسم نتيجة الجاذبية الأرضية بسبب مجموعة متنوعة من العوامل؛ بما في ذلك وضع الجسم والارتفاع فوق سطح الأرض، أو بسبب شحنته الكهربائية، أو بسبب الضغط الذي يؤثر عليه، وتعتبر طاقة الكتاب الموجود على الطاولة هي طاقة وضع، وتتحدد طاقة الوضع اعتمادًا على الارتفاع الموجود عليه الجسم؛ حيث كلما زاد الارتفاع زادت الجاذبية وبالتالي تزداد طاقة الوضع، كما يمكن تحويل طاقة الوضع إلى أي نوع آخر من الطاقة؛ فمثلًا عندما يتم وضع كتاب على طاولة، يكون في حالة ثابتة وله طاقة وضع معينة، ولكن إذا قمنا بتحريك الكتاب أو اسقاطه ستتحول الطاقة إلى طاقة حركة.[2]

ما هي طاقة الوضع

طاقة الوضع أو الطاقة الكامنة

هي الطاقة المخزنة في جسم ما بسبب الجاذبية الارضية وتعتمد على موقعه أو تكوينه.

يمكننا تعريف طاقة الوضع على أنها شكل من أشكال الطاقة التي تنتج عن تغيير وضع الجسم أو حالته، ويمكن لأي جسم تخزين طاقة الوضع بسبب تكوينه وموضعه؛ على سبيل المثال عند سحب القوس في لعبة رمي الأسهم، فإن السهم يخزن قدرًا من طاقة الوضع، وتلك الطاقة هي المسؤوله عن الطاقة الحركية للسهم عندما يتم إطلاقه، أو في حالة الزنبرك؛ يكتسب قدرًا من طاقة الوضع عندما يتم إزاحته من موضع التوازن الخاص به، ونلاحظ تلك الطاقة في شكل إجهاد نشعر به عند شد الزنبرك، كما تنشأ طاقة الوضع في الأنظمة ذات الأجزاء التي تمارس قوى على بعضها البعض؛ مثل الكتاب الموضوع على الطاولة، ويمكن حساب طاقة الوضع بالقرب من سطح الأرض بضرب وزن الجسم في المسافة بين الجسم والأرض.

ويمكن تحويل طاقة الوضع إلى طاقة حركة “الطاقة الحركية” أو إلى أشكال أخرى مثل الطاقة الكهربائية؛ حيث تم تضمين طاقة الوضع مع الطاقة الحركية كشكل من أشكال الطاقة الميكانيكية بحيث يمكن حساب الطاقة الكلية في أنظمة الجاذبية على أنها ثابتة، كما يمكننا حساب طاقة الوضع عن طريق المعادلة التالية: W = m×g×h = mgh

حيث أن m هي الكتلة بالكيلوجرام، وg هي عجلة الجاذبية، و h هي الارتفاع بالأمتار، وتقاس طاقة الوضع بوحدة كجم م2/ ثانية2، أو بوحدات الطاقة الحركية، أو يتم قياسها باستخدام وحدة الجول (J).[1][2]

أنواع طاقة الوضع

طاقة الوضع الكامنة.
الطاقة الوضع المرنة.

طاقة الوضع الكامنة

:

وتُعرَّف الطاقة الكامنة لجسم ما على أنها الطاقة التي يخزنها جسم ما يرتفع ارتفاع معين مقابل الجاذبية الأرضية، ففي حالة جسم كتلتة m ووضع على إرتفاع h من سطح الأرض، في هذه الحالة تكون القوة اللازمة لرفع هذا الجسم تساوي m×g

أي وزن الجسم، وعندما نرفع هذا الجسم تزداد الجاذبية ويتم بذل الشغل W عليه، والشغل المبذول يساوي القوة مضروبة في الإزاحة، لذلك يمكننا وضع الطاقة الكامنة في الصيغة التالية: W = m × g × h = mgh

ووفقًا لقانون حفظ الطاقة، ونظرًا بأن الشغل المبذول على الجسم يساوي m × g × h، فإن الطاقة الكامنة المكتسبة= m × g × h، ويتم الرمز لها بالرمز E.

الطاقة الوضع المرنة

:

ويتم تخزين طاقة الوضع المرنة في الأجسام التي يمكن ضغطها أو شدها؛ وأشهر مثال على ذلك الأربطة المطاطية وجهاز الترامبولين، ويمكن إختصار تعريفها في أنه كلما زادت قدرة الجسم على التمدد زادت طاقته الكامنة المرنة، ومن الأمثلة على طاقة الوضع المرنة ما يلي:

شريط مطاطي ملتوي يعمل على تشغيل طائرة لعبة.
قوس آرتشر ممدود.
لوحة غواص منحنية قبل الغطس مباشرة.
كرات كرة القدم قبل أن يركلها اللاعبون

ويمكن حساب طاقة الوضع المرنة باستخدام المعادلة التالية: U= 0.5kx2 حيث ان U هي طاقة الوضع المرنة، وk هي ثابت القوة، وx هي طول امتداد الجسم بالمتر.[1]

أمثلة على طاقة الوضع

طاقة الوضع الحجارة على حافة منحدر.
طاقة الوضع فروع الشجر.
طاقة وضع الطعام.
طاقة الوضع الكيميائية للمفرقعات النارية.
الكتاب الموجود على الرف.
الكرة المرنة.
القوس والسهم.
المياه في السدود والخزانات.
الرابط المطاطي.
كرة البندول.

طاقة وضع الحجارة على حافة منحدر:

حيث أن الحجارة الموجودة على حافة جبل أو منحدر يختزن فيها طاقة وضع كامنة، وإذا سقطت هذه الحجارة تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركية.

طاقة الوضع فروع الشجر

:

حيث تختزن فروع الشجر العالية طاقة وضع ثابته، وعند سقوطها إلى الأرض تتحول إلى طاقة حركة، وكذلك الثمار الناضجة أعلى الشجرة.

طاقة وضع الطعام:

ويحتوي الطعام الذي نأكله على طاقة كيميائية مختزنة على هيئة طاقة وضع، وعندما يهضم جسمنا هذه الطاقة المختزنة يوفر الطاقة اللازمة لوظائف الجسم.

طاقة الوضع الكيميائية للمفرقعات النارية

:

ويتم إطلاق الطاقة الكيميائية الكامنة للمفرقعات النارية عند إشعال فتيل هذه الألعاب النارية.[1]

الكتاب الموجود على الرف:

عندما يكون جسم ما موضوع في مكان عالي عن الأرض، تكون طاقة وضع الجاذبية عالية؛ بالتالي يحتوي الكتاب الموجود على رف كتب مرتفع على طاقة وضع أعلى من الكتاب الموجود على الرف السفلي حيث تؤثر عليه قدر أكبر من الجاذبية.

الكرة المرنة:

وهي أهم مثال على طاقة الوضع المرنة، حيث تؤثر المادة المطاطية المصنوعة منها الكرة على طاقة وضعها، وهي تختزن طاقة وضع أعلى قدرًا من كرة البولينج مثلًا، ولهذا سترتد الكرة المرنة عند رميها إلى الحائط بنفس القوة.[3]

القوس والسهم:

وهي أحد أمثلة طاقة الوضع المرنة أيضًا؛ فعندما يسحب رامي السهام وتر القوس للخلف مع السهم، تكتسب الأطراف المرنة للقوس قدرًا من طاقة الوضع الكامنة المرنة، وكلما سحب رامي السهام للخلف كلما زادت الطاقة الكامنة التي تكتسبها أطراف القوس بسبب التمدد، وعندما يتم تحرير السهم من الوتر، يتحرك السهم للأمام بسرعة كبيرة وتتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية يكتسبها السهم أثناء الإنطلاق.

المياه في السدود والخزانات:

فالمياه الموجودة في خزانات السدود لأغراض مختلفة تمتلك قدرًا من طاقة الوضع الكامنة، وهي طاقة مختزنة إلى أن تفتح بوابات السد، فإن هذا الماء -الذي كان في حالة سكون في البداية- سيتم تحريكه على الفور وسيتم تحويل الطاقة الكامنة المخزنة في الماء إلى طاقة حركية.

الرصاصة في المسدس:

قبل إطلاق رصاصة من المسدس تكون في حالة سكون، وتكون مخزنة لطاقة الوضع، لذلك يمكننا القول أن الرصاص الباقي داخل المسدس يحتوي على قدر من الطاقة الكامنة، وبمجرد إطلاق الرصاصة ستتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية.

الرابط المطاطي:

عندما نمد رباطًا مطاطيًا، فإنه يخزن قدرًا من الطاقة الكامنة بداخله، وبالتالي سيكون له طاقة وضع مرنة مخزنة به، وبمجرد تحرير الرباط الممدود، فإنه يعود بسرعة إلى شكله الأصلي ويتم تحويل الطاقة الكامنة المرنة إلى طاقة حركية.

كرة البندول:

عندما تقوم الرافعة بتأرجح كرة التدمير التي تُستخدم لهدم المباني إلى ارتفاع معين بشكل يشبه البندول، فإنها تبدأ في اكتساب بعض الطاقة الكامنة، ويتم تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية.[4]