العوامل المؤثرة في طاقة الوضع
العوامل المؤثرة في طاقة الوضع
-
العوامل المؤثرة في طاقة الوضع كثيرة ، فالطاقة الحركية هي طاقة متحركة بينما الطاقة الكامنة هي طاقة لم تحدث بعد ،
الطاقة الحركية
هي الطاقة التي ينتجها الجسم عند الحركة بسبب الجاذبية . - تتأثر الطاقة الحركية بكتلة الجسم وسرعته ، فمثلا إذا تعرضت كنيسة آيا صوفيا لزلزال عنيف فإن الحركة التي أحدثها هذا ستكون مثالاً على الطاقة الحركية ، ولقد تم تصميم هيكله ليكون خفيف الوزن ومرنًا بقدر بحجمه الهائل ، من خلال تقليل كتلتها حرص من أسس آيا صوفيا على قدرتها على مقاومة الزلازل التي دمرت المباني المحيطة بها ، فلقد كان الزلزال بقوة 6 . 5 درجة ، ويتضاعف كتلة آيا صوفيا بالسرعة التي يسببها الزلزال الطاقة الحركية الناتجة عن الزلزال .
- فالطاقة الكامنة مختلفة قليلاً ، فإنها الطاقة التي يمتلك الجسم القدرة على تكوينها ويتم تحديد الطاقة المنتجة بشكل مشابه للحركية وغالبا يعتمد ذلك على كتلة الجسم ، وسحب الجاذبية عند المنحدرات لأعلى أو لأسفل وارتفاع النقطة المرجعية . [1]
الاختلاف بين الطاقة الحركية وبين الطاقة الكامنة
- الاختلاف بين الطاقة الحركية وبين الطاقة الكامنة هي تكمن في العوامل والعوامل المؤثرة في طاقة الوضع .
- فيمكن أن تتأثر الطاقة الحركية بالسرعة ولكن لا يمكن أن تتأثر الطاقة الكامنة بالنقطة المرجعية كقمة الجرف ، فإذا كانت هناك صخرة على طرف منحدر يمكن للريح أن تحركها بشكل طفيف بحيث يمكن أن تنهار ، وتكون طاقة الصخرة كامنة حتى يتم تحريكها بحيث تتدحرج إلى أسفل التل لأنها حركية ، وتتأثر بكل من عوامل الطاقة الحركية والوضعية .
- الطاقة الحركية هي الطاقة التي تنتجها الحركة بينما الطاقة الكامنة هي الطاقة التي يمكن إنشاؤها بالحركة ، وبينما تظل بعض العوامل ثابتة لكليهما فإن التمييز بينهما هو أن الطاقة الحركية لها عامل لا تمتلكه الطاقة الكامنة وهو السرعة ، فيمكن أن تتأثر الطاقة الكامنة بالنقطة المرجعية للجسم .
- ويعكس مستوى الطاقة الكامنة للجسم أو نظام ثباته في ظل الظروف العادية كدرجة الحرارة والضغط القياسيين ، فالعلاقة هنا معكوسة .
- فكلما زادت الطاقة الكامنة انخفض استقرار النظام والعكس بالعكس. [2]
أمثلة على التفاعلات الجماعية
أمثلة على التفاعلات الجماعية هي تأثيرات ستريكية ، عندما تقترب المجموعات الضخمة من بعضها البعض ويتم إدخال مصدر إجهاد في النظام وترتفع الطاقة الكامنة، والعوامل المؤثرة في طاقة الوضع . [2]
أمثلة على التفاعلات الإلكترونية
أمثلة على التفاعلات الإلكترونية هي التنافر بين الروابط التساهمية وأزواج الإلكترون المنفردة التي تجبر الجزيء على اكتساب هندسة معينة تكون فيها كل هذه الكيانات بعيدة عن بعضها البعض قدر الإمكان، وفي العوامل المؤثرة في طاقة الوضع. [2]
أمثلة على تفاعلات الشحنة الكهروستاتيكية
- أمثلة على تفاعلات الشحنة الكهروستاتيكية هي هياكل الرنين حيث تكون الشحنات المتشابهة قريبة جِدًّا من بعضها البعض ، فيؤدي التنافر بين الشحنات المتشابهة إلى زيادة الطاقة الكامنة للهيكل مما يجعله مساهمًا ثَانَوِيًّا في الهجين .
- ومن جهة أخرى فإن عملية الذوبان حيث تتفاعل ثنائيات الأقطاب الجزئية للمذيب مع تلك الموجودة في المذاب ولكن مع الإشارة المعاكسة تؤدي إلى تفاعل مواتٍ يعمل على استقرار النظام فيقلل من طاقته الكامنة .
- أما الترابط الهيدروجيني هو تفاعل مشابه يضيف ثباتًا للترتيبات الهيكلية مثل حلزون الحمض النووي والعديد من البروتينات ، فيعمل الرنين على إلغاء تحديد موقع الشحنة الإلكترونية وعلى استقرار النظام عن طريق نشر الشحنات والإلكترونات على مساحة أكبر مقارنة بالنظام الذي يتم فيه توطين الإلكترونات والشحنات ، وإلغاء تحديد الموقع يقلل من الطاقة الكامنة للنظام ، وتتشكل العديد من الروابط الكيميائية لأن عملية تكوين الرابطة تقلل من طاقة النظام مقارنة بالذرات المعزولة . [2]
من الذي اكتشف الطاقة الكامنة وما أنواعها وما هو تعريفها؟
- أكتشف الطاقة الكامنة المهندس والفيزيائي الأسكتلندي في القرن التاسع عشر ويليام رانكين ، وحدد أنواع من الطاقة الكامنة يرتبط كل منها بنوع مميز من القوة، إنها الطاقة بحكم موقع الجسم بالنسبة للأشياء الأخرى .
- أما تعريف الطاقة الكامنة فهو ما يلي ، يخزن الجسم الطاقة نتيجة موقعه في حالة القوس والسهم وعندما يتم سحب القوس فإنه يخزن قدرًا من الطاقة وهو المسؤول عن الطاقة الحركية التي يكتسبها عند إطلاقه ، وبهذا تكون الطاقة الكامنة هي الطاقة التي يحتفظ بها جسم ما بسبب موقعه بالنسبة للأشياء الأخرى أو شحنته الكهربائية أو عوامل أخرى .
- مثلا حالة الزنبرك عندما يتم إزاحته من موضع توازنه فإنه يكتسب قدرًا من الطاقة التي نلاحظها في شكل إجهاد نشعر به في أيدينا عند شدة ، وبهذا يكون تعريف الطاقة الكامنة هو أنها شكل من أشكال الطاقة التي تنتج عن تغيير وضعها أو حالتها . [3]
أنواع الطاقة الكامنة
هناك نوعان رئيسيان من الطاقة الكامنة وهما :
طاقة الجاذبية الكامنة وهي تُعْرَف طاقة وضع الجاذبية لجسم ما على أنها الطاقة التي يمتلكها الجسم ترتفع إلى ارتفاع معين مقابل الجاذبية . [3]
مثال على الطاقة المحتملة
مثال على الطاقة المحتملة ومن المهم ملاحظة أن طاقة الجاذبية لا تعتمد على المسافة التي يقطعها الجسم ولكن الإزاحة أي أن الفرق بين الارتفاع الأولي والارتفاع النهائي للجسم ، وعلى هذا الأساس فإن المسار الذي وصل فيه الكائن إلى هذا الارتفاع لا يؤخذ في الاعتبار أبدا ، في على سبيل المثال ستكون طاقة الجاذبية الكامنة لكل من الكتلتين A وB هي نفسها . [3]
تعريف الطاقة الكامنة المرنة
- تعريف الطاقة الكامنة المرنة هو الطاقة المخزنة في الأشياء التي يمكن ضغطها أو شدها مثل الأربطة المطاطية والترامبولين وحبال البنجي ، فكلما زادت قدرة الجسم على التمدد والاستطالة زادت بعدها ونتيجة لهذا مرونة طاقته الكامنة ولقد تم تصميم العديد من الأشياء خصيصًا لتخزين الطاقة الكامنة المرنة مثل ما يلي من أشياء :
- شريط مطاطي ملتوي يعمل على تشغيل طائرة لعبة.
- قوس آرتشر ممدود .
- لوحة غواص منحنٍ قبل أن يغوص الغواص فيها.
- لفائف الربيع لساعة الرياح .
- عادةً ما يكون للشيء الذي يخزن الطاقة الكامنة المرنة حَدًّا عاليًا ومرتفعا من المرونة والاستطالة ، ومع هذا فإن جميع الأجسام المرنة لها عتبة وقدر للحمل الذي يمكنها تحمله عندما يتشوه خارج حدود المرونة لن يعود الشيء إلى شكله الأصلي السابق . [3]
العوامل المؤثرة في طاقة الحركة
العوامل المؤثرة في طاقة الحركة
هي ما يلي :
الجاذبية، وكتلة الجسم وسرعته ، باختصار، الطاقة الحركية هي الطاقة التي تنتجها الحركة السرعة . [2]
قانون الطاقة الحركية
قانون الطاقة الحركية
هو ما يلي :
- الطاقة الحركية لجسم ما تساوي نصف حاصل ضرب كتلته ، ومربع سرعته ، v، أو 1/2mv2 ، وهي صيغة صالحة فقط للسرعات المنخفضة إلى العالية نِسْبِيًّا بالنسبة للجسيمات عالية السرعة للغاية فإنها تنتج قيمًا صغيرة جِدًّا ، عندما تقترب سرعة الجسم من سرعة الضوء وتزداد كتلته.
- ويجب استخدام قوانين النسبية ، فالطاقة الحركية تساوي الزيادة في كتلة الجسيم عن تلك التي لديها في حالة السكون مضروبة في مربع سرعة الضوء ، ووحدة الطاقة في نظام متر كيلوجرام ثانية هي الجول لكن تُستخدم وحدات الطاقة الأخرى أيضًا مثل الوحدة الأصغر ، وهي الإلكترون فولت ، على المقياس الذري ودون الذري .
- والطاقة الحركية الدورانية تساوي نصف حاصل ضرب لحظة القصور الذاتي ومربع السرعة الزاوية، أو 1[4]