تعريف طاقة الوضع
طاقة الوضع هي طاقة مختزنة في الجسم
فعلا
طاقة الوضع هي طاقة مختزنة في الجسم
. والطاقة هي امر مبهر، فالطاقة كما تعلمنا في المدارس لا تفنى ولا تستحدث من العدم، انما يتم تحويلها من شكل الى اخر، فكما تتحول الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية، تتحول الطاقة الحركية الى طاقة الوضع او الطاقة الكامنة، والطاقة الكامنة هي الطاقة التي يخزنها الجسم بسبب وضعيته، مثل قوس السهم الذي يشده صاحبه قبل ان يدفعه الى الهدف، فهو بالتالي يزيد من طاقته الكامنة قبل دفعه الى الامام، وهذا الشكل من الطاقة يتخزن في الاشياء، ويستطيع الجسم ان يحرر هذه الطاقة في وقت لاحق عند تغيير الوضعية التي اكتسب بسببها الطاقة.
والطاقة الكامنة ليست بالامر الغريب، بل هي متواجدة في جميع الاماكن من حولنا، وتتحول باستمرار الطاقة الحركية الى طاقة كامنة والعكس صحيح.
تم التعرف على مفهوم طاقة الوضع للمرة الاولى على يد الفيزيائي والمهندس الاسكتلندي وليم رانكين في القرن التاسع عشر، واصبح هذا المفهوم مع الطاقة الحركية من اعمدة الفيزياء منذ ذات الوقت والى يومنا هذا.
عندما يتم تحرير الاشياء من موضعها بفضل الجاذبية او اي شيء اخر، تتحول طاقة الوضع المخزنة في الاشياء قبل دفعها الى طاقة حركية، وهذا الامر يمثل مفهوم حفظ الطاقة. [1] [2]
كلما قل الجهد الكهربائي زادت طاقة الوضع الكهربائية
تنجم طاقة الوضع عن الجهد او الطاقة المبزولة على الجسم، والطاقة المخزنة في الجسم اي طاقة الوضع او الطاقة الكامنة تعتمد على وضعية الجسم، وحالته، وبالتالي كلما زاد الجهد الكهربائي زادت طاقة الوضع الكهربائية، والعبارة الشائعة بأنه كلما قل الجهد الكهربائي قلت طاقة الوضع الكهربائية هي عبارة خاطئة
والطاقة الكامنة او طاقة الوضع هي الطاقة التي تستطيع القيام بالفعل عند تغيير الوضعية، وتحرر طاقة الوضع الموجودة فيها كي تتحول الى طاقة حركية [3]
والامثلة عن طاقة الوضع الكهربائية التي تزيد بفعل الجهد سواء كان جهد بفعل انسان او جهد ناجم عن الجاذبية الارضية هي
- صخرة على حافة منحدر عالي على سطح الارض، تمتلك هذه الصخرة طاقة وضع كبيرة، وفي حال سقطت الصخرة من حافة المنحدر سوف يكون لها طاقة حركية كبيرة نتيجة التحويل من الطاقة الحركية الى طاقة الوضع
- فروع الشجرة لها طاقة وضع كبيرة، وذلك لأنها تتواجد على ارتفاع كبير من سطح الارض، كلما زاد الارتفاع زادت طاقة الوضع لأن السقوط سوف يكون اقوى
- حتى الطعام لديه طاقة وضع، لأن الجسم يقوم بهضم الطاقة الكامنة في الطعام من اجل توليد الطاقة التي يحتاجها للقيام بوظائفه العامة من تغذية واطراح ودوران. [1]
مجموع طاقة الوضع و الطاقة الحركية لجميع جسيمات الجسم
ان مجموع كل من طاقة الوضع والطاقة الحركية لجميع جسيمات الجسم يساوي الطاقة الميكانيكية، والطاقة الميكانيكية يمكن ان تكون طاقة حركية او طاقة كامنة، وهي يمكن ان تكون مجموع كل من الطاقة الحركية والطاقة الكامنة، وعندما يقترب مثلًا الجسم الساقط من ارتفاع على الارض، فإن الطاقة الميكانيكية تساوي تقريبًا في هذه الحالة الطاقة الحركية.
الطاقة الميكانيكية كمصطلح هي الطاقة التي يملكها الجسم اما بسبب وضعيته (الطاقة الكامنة) او بسبب حركيته (الطاقة الحركية) او الاثنين معًا، وجميع الاجسام تملك طاقة ميكانيكية لانها ثابته، فمثلًا القوس المسحوب الى الخلف قبل ان يتم دفعه يملك طاقة ميكانيكية بسبب وضعيته الممتدة، وتكون طاقته الممتدة عبارة عن طاقة كامنة، وعندما يبدأ دفعه، تزداد الطاقة الحركية وتنقص الطاقة الكامنة وتبقى الطاقة الميكانيكية ثابتة.[4]
طاقة الوضع كما ذكر سابقًا هي الطاقة المخزنة في الجسم ولها القدرة على العمل بسبب الوضعية او حالة الجسم، مثال بسيط السهم المشدود قبل دفعه، او النواس المضغوط قبل ان يعود لحالته الاصلية، او الاحجار التي يتم رفعها لاعلى المنزل، فإذا سقطت تحرر الطاقة الكامنة بداخلها، واذا اصطدمت بيوم من الايام بكرة ساقطة من الاعلى او سيارة مسرعة، سوف تشعر بالطاقة التي تحملها هذه الاجسام
ومن الناحية الفيزيائية، الطاقة الكامنة تعرف بأنها الطاقة المختزنة في جماعة من الجزيئات المادية المتفاعلة مع بعضها، وهذه المفهوم ينطبق على امور بسيطة للغاية وصولًا الى اكثر الامور تعقيدًا وحجمًا مثل المجموعة الشمسية، وجميعها تحوي طاقة مخزنة، يمكن ان تتحول الى طاقة حركية والعكس صحيح
والطاقة الحركية هي الطاقة التي يتم انتاجها عند تحرير الطاقة الكامنة، وجميع الاشياء المتحركة تطلق طاقة حركية، والاجسام من حولنا تتحول بشكل مستمر من طاقة كامنة الى طاقة حركية، والطاقة الحركية لا تعتمد فقط على حركة الجسم وانما تعتمد ايضًا على كتلته. [2]
المستوى الذي تكون عنده طاقة الوضع pe تساوي صفراً
من اجل فهم المستوى الذي تكون فيه طاقة الوضع تساوي الصفر، يجب فهم العلاقات الرياضية الاساسية لطاقة الوضع، والطاقة الحركية، والطاقة الحركية تحدد من خلال العلاقة التالية الاشهر في الفيزياء، وهي:
- E=MC²
حيث الطاقة هي عبارة عن حاصل ضرب الكتلة مع مربع الجاذبية، واما الطاقة الكامنة فتحدد من خلال العلاقة التالية:
- Ep=mgh
اي ان الطاقة الكامنة هي حاصل ضرب الكتلة بالجاذبية بالارتفاع، ومن المهم فهم هذين الامرين من اجل تفسير العلاقة بين الطاقة الكامنة او طاقة الوضع وبين الطاقة الحركية، لأن كل من هاتين الطاقتين يمكن تحويلهما الى بعضها البعض، وهذا الامر يمكن ان يتم تفسيره بسهولة من خلال ضرب مثال الماء في الصنبور، فالماء الموجود في الصنبور عندما يكون مغلقًا يملك طاقة وضع، وعندما يتم فتح الصنبور وينهمر الماء، فإنه يملك طاقة حركية.
والمستوى الذي تكون فيه طاقة الوضع تساوي الصفر هو المستوى الذي يقترب فيه جسم ساقط من مكان مرتفع بالاقتراب تقريبًا الى سطح الارض، فتتحول كل الطاقة الكامنة الى طاقة حركية، وتصبح الطاقة الميكانيكية بالكامل طاقة حركية، والبعض يطلق على هذا المستوى اسم مستوى الاسناد، وبعد ارتطامه بالارض وتهشمه، يفقد جزء من طاقته على شكل طاقة حرارية. [1] [2]
أثناء السقوط تتحول الطاقة الحركية إلى طاقة وضع
يحتاج الانسان الى كلا نوعي الطاقة من اجل القيام باي عمل، والطاقة الكامنة هي الطاقة التي يتم تخزينها في الجسم، و
العوامل المؤثرة في طاقة الوضع
تشمل الوضعية او الجهد المبذول على الجسم، وهي لا تتأثر بما حولها مثل الهواء، اما الطاقة الحركية فهي الطاقة التي يتحرك بها الجسم، وهي تتأثر بما حولها من ظروف، على سبيل المثال، الطاقة الحركية سوف تكون اكبر اذا كان الجسم متواجد من ارتفاع اكبر.
واثناء السقوط تتحول طاقة الوضع الى الطاقة الحركية وليس العكس، ويمكن ان تتحول كل من الطاقتين الى النوع الاخر، فتتحول الحركية الى كامنة والكامنة الى حركية، وفقًا لدائرة لا تنتهي. [5]