الطاقة الحركيةالنظام الميكانيكي هي طاقة الحركة الميكانيكية لهذا النظام.

قوة F، يؤثر على جسم ساكن ويجعله يتحرك، يبذل شغلًا، وتزداد طاقة الجسم المتحرك بمقدار الشغل المبذول. هكذا العمل داقوة Fعلى المسار الذي مر به الجسم أثناء زيادة السرعة من 0 إلى v، فإنه يؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية دي تيالهيئات، أي.

باستخدام قانون نيوتن الثاني F=md الخامس/ دي تي

وضرب طرفي المساواة في الإزاحة د ص، نحن نحصل

Fد ص=م(د الخامس/dt)dr=dA

وبالتالي جسم ذو كتلة تي،تتحرك بسرعة الخامس،لديه طاقة حركية

ت = رالخامس 2 /2. (12.1)

ومن الصيغة (12.1) يتضح أن الطاقة الحركية تعتمد فقط على كتلة الجسم وسرعته، أي: الطاقة الحركيةالنظام هو وظيفة لحالة حركته.

عند اشتقاق الصيغة (12.1)، كان من المفترض أن الحركة تم النظر فيها في إطار مرجعي بالقصور الذاتي، وإلا فإنه سيكون من المستحيل استخدام قوانين نيوتن. في الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي المختلفة التي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض، لن تكون سرعة الجسم، وبالتالي طاقته الحركية، هي نفسها. وبالتالي، تعتمد الطاقة الحركية على اختيار الإطار المرجعي.

الطاقة الكامنة -الطاقة الميكانيكية لنظام الأجسام، يتم تحديدها من خلال ترتيبها المتبادل وطبيعة قوى التفاعل بينها.

دع تفاعل الأجسام يتم من خلال مجالات القوة (على سبيل المثال، مجال القوى المرنة، مجال قوى الجاذبية)، ويتميز بحقيقة أن الشغل الذي تقوم به القوى المؤثرة عند تحريك جسم من موضع إلى آخر يؤدي لا تعتمد على المسار الذي حدثت فيه هذه الحركة، وتعتمد فقط على موضعي البداية والنهاية. تسمى هذه الحقول محتمل،والقوى المؤثرة فيها محافظ.إذا كان الشغل الذي تبذله قوة يعتمد على مسار الجسم المتحرك من نقطة إلى أخرى فإن هذه القوة تسمى تبديد.مثال على ذلك هو قوة الاحتكاك.

الجسم الموجود في مجال قوى محتمل، لديه طاقة الوضع II. إن العمل الذي تقوم به القوى المحافظة أثناء التغيير الأولي (متناهي الصغر) في تكوين النظام يساوي الزيادة في الطاقة الكامنة المأخوذة بعلامة الطرح، حيث يتم العمل بسبب انخفاض الطاقة الكامنة:

العمل د أيتم التعبير عنها كمنتج نقطي للقوة Fللتحرك د صويمكن كتابة التعبير (12.2) كـ

Fد ص=-dP. (12.3)

لذلك، إذا كانت الدالة P( ص)، ومن الصيغة (12.3) يمكننا إيجاد القوة Fبواسطة الوحدة والاتجاه.

يمكن تحديد الطاقة الكامنة على أساس (12.3) كما

حيث C هو ثابت التكامل، أي يتم تحديد الطاقة الكامنة حتى بعض الثوابت التعسفية. لكن هذا لا ينعكس في القوانين الفيزيائية، لأنها تشمل إما الفرق في الطاقات الكامنة في موقعين من الجسم، أو مشتقة P بالنسبة للإحداثيات. ولذلك تعتبر الطاقة الكامنة لجسم في موضع معين مساوية للصفر (يتم اختيار المستوى المرجعي الصفري)، ويتم قياس طاقة الجسم في المواضع الأخرى نسبة إلى المستوى الصفري. للقوى المحافظة

أو في شكل ناقلات

F=-gradP، (12.4) حيث

(ط، ي، ك- ناقلات الوحدة لمحاور الإحداثيات). يسمى المتجه المحدد بالتعبير (12.5). التدرج العددي P.

لذلك، إلى جانب التعيين grad P، يتم استخدام التعيين P أيضًا.  ("النبلة") تعني ناقل رمزي يسمى المشغل أو العاملهاميلتون أو عن طريق مشغل nabla:

يعتمد الشكل المحدد للوظيفة P على طبيعة مجال القوة. على سبيل المثال، الطاقة الكامنة لجسم ذو كتلة تي،مرفوع إلى ارتفاع حفوق سطح الأرض يساوي

ص = ملغ،(12.7)

أين هو الارتفاع حيتم قياسها من مستوى الصفر، حيث P 0 = 0. التعبير (12.7) يأتي مباشرة من حقيقة أن الطاقة الكامنة تساوي العمل الذي تبذله الجاذبية عندما يسقط الجسم من ارتفاع حإلى سطح الأرض.

وبما أن الأصل تم اختياره بشكل تعسفي، فإن الطاقة الكامنة يمكن أن يكون لها قيمة سلبية (الطاقة الحركية دائما إيجابية. !}إذا اعتبرنا الطاقة الكامنة لجسم ملقى على سطح الأرض صفرًا، فإن الطاقة الكامنة لجسم يقع في أسفل العمود (العمق h")، P = - mgh".

دعونا نجد الطاقة الكامنة لجسم مشوه بشكل مرن (الربيع). القوة المرنة تتناسب طرديا مع التشوه:

F X يتحكم = -ككس،

أين F س يتحكم - إسقاط القوة المرنة على المحور العاشر؛ك- معامل المرونة(لربيع - الاستعلاء)،وعلامة الطرح تشير إلى ذلك F س يتحكم موجهة في الاتجاه المعاكس للتشوه X.

ووفقا لقانون نيوتن الثالث، فإن القوة المشوهة تساوي في المقدار القوة المرنة وموجهة بشكل معاكس لها، أي.

F س =-ف س يتحكم =kxالعمل الابتدائي دا،يؤديها القوة Fx عند تشوه متناهي الصغر dx، يساوي

دا = ف س دي إكس = ككسدكس،

وظيفة كاملة

يذهب لزيادة الطاقة الكامنة في الربيع. وبالتالي، فإن الطاقة الكامنة لجسم مشوه بشكل مرن

ص =kx 2 /2.

الطاقة الكامنة للنظام، مثل الطاقة الحركية، هي وظيفة لحالة النظام. يعتمد ذلك فقط على تكوين النظام وموقعه بالنسبة للهيئات الخارجية.

إجمالي الطاقة الميكانيكية للنظام- طاقة الحركة الميكانيكية والتفاعل:

أي يساوي مجموع الطاقات الحركية والموضعة.

العالم من حولنا في حركة مستمرة. أي جسم (جسم) قادر على أداء عمل معين، حتى لو كان في حالة سكون. ولكن لإكمال أي عملية هو مطلوب بذل بعض الجهد، كبيرة في بعض الأحيان.

يُترجم هذا المصطلح من اليونانية ويعني "النشاط" و"القوة" و"القوة". تحدث جميع العمليات على الأرض وخارج كوكبنا بفضل هذه القوة التي تمتلكها الأشياء والأجسام والأشياء المحيطة.

في تواصل مع

من بين الأنواع المتنوعة، هناك عدة أنواع رئيسية من هذه القوة، تختلف بشكل أساسي في مصادرها:

• ميكانيكي - هذا النوعخاصية الأجسام المتحركة في مستوى رأسي أو أفقي أو أي مستوى آخر؛
• الحرارية - صدر نتيجة لذلك جزيئات مضطربةفي المواد؛
• – مصدر هذا النوع هو حركة الجسيمات المشحونة في الموصلات وأشباه الموصلات؛
• الضوء - تحمله جزيئات الضوء - الفوتونات؛
• النووية - يحدث نتيجة الانشطار المتسلسل التلقائي لنواة ذرات العناصر الثقيلة.

هذه المقالة سوف تناقش ما هو عليه القوة الميكانيكيةالأشياء ومما تتكون وما تعتمد عليه وكيف تتحول خلال العمليات المختلفة.

وبفضل هذا النوع، يمكن للأشياء والأجسام أن تكون في حالة حركة أو في حالة سكون. إمكانية مثل هذا النشاط وأوضح بالحضورمكونين رئيسيين:

• الحركية (إيك) ؛
• المحتملة (الجيش الشعبي).

إنه مجموع الطاقات الحركية والمحتملة التي تحدد المؤشر العددي الشامل للنظام بأكمله. الآن دعونا نتحدث عن الصيغ المستخدمة لحساب كل منها، وكيف يتم قياس الطاقة.

كيفية حساب الطاقة

الطاقة الحركية هي سمة من سمات أي نظام في الحركة. ولكن كيف يمكن العثور على الطاقة الحركية؟

ليس من الصعب القيام بذلك، لأن صيغة حساب الطاقة الحركية بسيطة للغاية:

يتم تحديد القيمة المحددة من خلال معلمتين رئيسيتين: سرعة حركة الجسم (V) وكتلته (م). كلما زادت الخصائص، زادت أهمية الظاهرة الموصوفة في النظام.

أما إذا لم يتحرك الجسم (أي v = 0)، فإن الطاقة الحركية تكون صفرًا.

الطاقة الكامنة – وهذه هي الخاصية التي يعتمد عليها مواقع وإحداثيات الهيئات.

أي جسم معرض للإصابة جاذبيةوتأثيرات القوى المرنة. ويلاحظ هذا التفاعل بين الأجسام مع بعضها البعض في كل مكان، وبالتالي فإن الأجسام في حركة مستمرة وتغير إحداثياتها.

وقد ثبت أنه كلما ارتفع الجسم عن سطح الأرض كلما زادت كتلته وزاد مؤشر ذلك. الحجم لديها.

وبالتالي، تعتمد الطاقة الكامنة على الكتلة (م)، الارتفاع (ح). القيمة ز – التسارع السقوط الحر، تساوي 9.81 م/ث2. تبدو وظيفة حساب قيمتها الكمية كما يلي:

وحدة قياس هذه الكمية الفيزيائية في نظام SI هي جول (1 ي). هذا هو بالضبط مقدار القوة اللازمة لتحريك جسم مسافة متر واحد، مع تطبيق قوة مقدارها 1 نيوتن.

مهم!تمت الموافقة على الجول كوحدة قياس في المؤتمر الدولي للكهربائيين، الذي عقد في عام 1889. حتى هذا الوقت، كان معيار القياس هو الوحدة الحرارية البريطانية BTU، والتي تُستخدم حاليًا لتحديد قوة منشآت التدفئة.

أساسيات الحفظ والتحويل

ومن المعروف من أساسيات الفيزياء أن القوة الكلية لأي جسم، بغض النظر عن زمان ومكان تواجده، تظل دائمًا قيمة ثابتة؛ فقط مكوناتها الثابتة (Ep) و (Ek) تتحول.

تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركيةوالعكس يحدث في ظل ظروف معينة.

على سبيل المثال، إذا لم يتحرك جسم ما، فإن طاقته الحركية ستكون صفرًا؛ ولن يكون هناك سوى عنصر محتمل في حالته.

وعلى العكس من ذلك، ما هي الطاقة الكامنة لجسم ما، على سبيل المثال، عندما يكون على سطح (ع=0)؟ بالطبع هي صفر، وE للجسم سيتكون فقط من مكونه Ek.

لكن الطاقة الكامنة موجودة قوة القيادة. بمجرد أن يرتفع النظام إلى بعض الارتفاع، ثم ماذاسيبدأ Ep الخاص به في الزيادة على الفور، وستنخفض Ek بالمقابل بنفس المقدار. هذا النمط مرئي في الصيغتين أعلاه (1) و (2).

من أجل الوضوح، دعونا نعطي مثالا على حجر أو كرة تم رميها. أثناء الرحلة، كل واحد منهم لديه عنصر محتمل وحركي. فإذا زاد أحدهما نقص الآخر بنفس المقدار.

يستمر الطيران لأعلى للأشياء فقط طالما أن احتياطي وقوة مكون الحركة Ek كافٍ. بمجرد نفادها، يبدأ الخريف.

ولكن ليس من الصعب تخمين ما هي الطاقة الكامنة للأجسام عند أعلى نقطة، هذا هو الحد الأقصى.

وعندما يسقطون، يحدث العكس. عند لمس الأرض، يكون مستوى الطاقة الحركية في أقصى حد له.

الطاقة الحركيةالنظام الميكانيكي هي طاقة الحركة الميكانيكية لهذا النظام.

قوة F، يؤثر على جسم ساكن ويجعله يتحرك، يبذل شغلًا، وتزداد طاقة الجسم المتحرك بمقدار الشغل المبذول. هكذا العمل داقوة Fعلى المسار الذي مر به الجسم أثناء زيادة السرعة من 0 إلى v، فإنه يؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية دي تيالهيئات، أي.

باستخدام قانون نيوتن الثاني F=md الخامس/ دي تي

وضرب طرفي المساواة في الإزاحة د ص، نحن نحصل

Fد ص=م(د الخامس/dt)dr=dA

وبالتالي جسم ذو كتلة تي،تتحرك بسرعة الخامس،لديه طاقة حركية

ت = رالخامس 2 /2. (12.1)

يتضح من الصيغة (12.1) أن الطاقة الحركية تعتمد فقط على كتلة الجسم وسرعته، أي أن الطاقة الحركية للنظام هي دالة لحالة حركته.

عند اشتقاق الصيغة (12.1)، كان من المفترض أن الحركة تم النظر فيها في إطار مرجعي بالقصور الذاتي، وإلا فإنه سيكون من المستحيل استخدام قوانين نيوتن. في الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي المختلفة التي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض، لن تكون سرعة الجسم، وبالتالي طاقته الحركية، هي نفسها. وبالتالي، تعتمد الطاقة الحركية على اختيار الإطار المرجعي.

الطاقة الكامنة -الطاقة الميكانيكية لنظام الأجسام، يتم تحديدها من خلال ترتيبها المتبادل وطبيعة قوى التفاعل بينها.

دع تفاعل الأجسام يتم من خلال مجالات القوة (على سبيل المثال، مجال القوى المرنة، مجال قوى الجاذبية)، ويتميز بحقيقة أن الشغل الذي تقوم به القوى المؤثرة عند تحريك جسم من موضع إلى آخر يؤدي لا تعتمد على المسار الذي حدثت فيه هذه الحركة، وتعتمد فقط على موضعي البداية والنهاية. تسمى هذه الحقول محتمل،والقوى المؤثرة فيها محافظ.إذا كان الشغل الذي تبذله قوة يعتمد على مسار الجسم المتحرك من نقطة إلى أخرى فإن هذه القوة تسمى تبديد.مثال على ذلك هو قوة الاحتكاك.

الجسم الموجود في مجال قوى محتمل، لديه طاقة الوضع II. إن العمل الذي تقوم به القوى المحافظة أثناء التغيير الأولي (متناهي الصغر) في تكوين النظام يساوي الزيادة في الطاقة الكامنة المأخوذة بعلامة الطرح، حيث يتم العمل بسبب انخفاض الطاقة الكامنة:

العمل د أيتم التعبير عنها كمنتج نقطي للقوة Fللتحرك د صويمكن كتابة التعبير (12.2) كـ

Fد ص=-dP. (12.3)

لذلك، إذا كانت الدالة P( ص)، ومن الصيغة (12.3) يمكننا إيجاد القوة Fبواسطة الوحدة والاتجاه.

يمكن تحديد الطاقة الكامنة على أساس (12.3) كما

حيث C هو ثابت التكامل، أي يتم تحديد الطاقة الكامنة حتى بعض الثوابت التعسفية. لكن هذا لا ينعكس في القوانين الفيزيائية، لأنها تشمل إما الفرق في الطاقات الكامنة في موقعين من الجسم، أو مشتقة P بالنسبة للإحداثيات. ولذلك تعتبر الطاقة الكامنة لجسم في موضع معين مساوية للصفر (يتم اختيار المستوى المرجعي الصفري)، ويتم قياس طاقة الجسم في المواضع الأخرى نسبة إلى المستوى الصفري. للقوى المحافظة

أو في شكل ناقلات

F=-gradP، (12.4) حيث

(ط، ي، ك- ناقلات الوحدة لمحاور الإحداثيات). يسمى المتجه المحدد بالتعبير (12.5). التدرج العددي P.

لذلك، إلى جانب التعيين grad P، يتم استخدام التعيين P أيضًا.  ("النبلة") تعني ناقل رمزي يسمى المشغل أو العاملهاميلتون أو عن طريق مشغل nabla:

يعتمد الشكل المحدد للوظيفة P على طبيعة مجال القوة. على سبيل المثال، الطاقة الكامنة لجسم ذو كتلة تي،مرفوع إلى ارتفاع حفوق سطح الأرض يساوي

ص = ملغ،(12.7)

أين هو الارتفاع حيتم قياسها من مستوى الصفر، حيث P 0 = 0. التعبير (12.7) يأتي مباشرة من حقيقة أن الطاقة الكامنة تساوي العمل الذي تبذله الجاذبية عندما يسقط الجسم من ارتفاع حإلى سطح الأرض.

وبما أن الأصل تم اختياره بشكل تعسفي، فإن الطاقة الكامنة يمكن أن يكون لها قيمة سلبية (الطاقة الحركية دائما إيجابية. !}إذا اعتبرنا الطاقة الكامنة لجسم ملقى على سطح الأرض صفرًا، فإن الطاقة الكامنة لجسم يقع في أسفل العمود (العمق h")، P = - mgh".

دعونا نجد الطاقة الكامنة لجسم مشوه بشكل مرن (الربيع). القوة المرنة تتناسب طرديا مع التشوه:

F X يتحكم = -ككس،

أين F س يتحكم - إسقاط القوة المرنة على المحور العاشر؛ك- معامل المرونة(لربيع - الاستعلاء)،وعلامة الطرح تشير إلى ذلك F س يتحكم موجهة في الاتجاه المعاكس للتشوه X.

ووفقا لقانون نيوتن الثالث، فإن قوة التشوه تساوي في حجمها القوة المرنة وموجهة بشكل معاكس لها، أي.

F س =-ف س يتحكم =kxالعمل الابتدائي دا،يؤديها القوة Fx عند تشوه متناهي الصغر dx، يساوي

دا = ف س دي إكس = ككسدكس،

وظيفة كاملة

يذهب لزيادة الطاقة الكامنة في الربيع. وبالتالي، فإن الطاقة الكامنة لجسم مشوه بشكل مرن

ص =kx 2 /2.

الطاقة الكامنة للنظام، مثل الطاقة الحركية، هي وظيفة لحالة النظام. يعتمد ذلك فقط على تكوين النظام وموقعه بالنسبة للهيئات الخارجية.

إجمالي الطاقة الميكانيكية للنظام- طاقة الحركة الميكانيكية والتفاعل:

أي يساوي مجموع الطاقات الحركية والموضعة.

تُترجم كلمة "الطاقة" من اليونانية إلى "العمل". نحن نسمي الشخص النشط الذي يتحرك بنشاط، ويقوم بالعديد من الإجراءات المختلفة.

الطاقة في الفيزياء

وإذا كان بإمكاننا في الحياة تقييم طاقة الشخص بشكل أساسي من خلال عواقب أنشطته، فيمكن قياس الطاقة ودراستها في الفيزياء بعدة طرق. بطرق متعددة. من المرجح أن يرفض صديقك أو جارك المبتهج تكرار نفس الإجراء من ثلاثين إلى خمسين مرة عندما يخطر ببالك فجأة التحقيق في ظاهرة طاقته.

لكن في الفيزياء، يمكنك تكرار أي تجربة تقريبًا بقدر ما تريد، وإجراء البحث الذي تحتاجه. وهذا هو الحال مع دراسة الطاقة. لقد قام علماء الأبحاث بدراسة وتصنيف العديد من أنواع الطاقة في الفيزياء. هذه هي الطاقة الكهربائية والمغناطيسية والطاقة الذرية وما إلى ذلك. ولكن الآن سنتحدث عنه الطاقة الميكانيكية. وبشكل أكثر تحديدا حول الطاقة الحركية والمحتملة.

الطاقة الحركية والطاقة الكامنة

تدرس الميكانيكا حركة الأجسام وتفاعلها مع بعضها البعض. ولذلك جرت العادة على التمييز بين نوعين من الطاقة الميكانيكية: الطاقة الناتجة عن حركة الأجسام، أو الطاقة الحركية، والطاقة الناتجة عن تفاعل الأجسام، أو الطاقة الكامنة.

في الفيزياء هناك قاعدة عامة، توصيل الطاقة والعمل. للعثور على طاقة الجسم، من الضروري العثور على الشغل اللازم لنقل الجسم إلى حالة معينة من الصفر، أي الحالة التي تكون فيها طاقته صفرًا.

الطاقة الكامنة

في الفيزياء، الطاقة الكامنة هي الطاقة التي يتم تحديدها من خلال الموقع النسبي للأجسام المتفاعلة أو أجزاء من نفس الجسم. أي أنه إذا ارتفع جسم عن سطح الأرض، فإن له القدرة على القيام ببعض الشغل أثناء السقوط.

والقيمة المحتملة لهذا العمل ستكون مساوية للطاقة الكامنة للجسم عند الارتفاع h. بالنسبة للطاقة الكامنة، يتم تحديد الصيغة وفقا للمخطط التالي:

A=Fs=Fт*h=mgh، أو Ep=mgh،

حيث Ep هي الطاقة الكامنة للجسم،
م وزن الجسم،
ح هو ارتفاع الجسم عن سطح الأرض
ز-تسارع السقوط الحر.

علاوة على ذلك، فإن أي وضع مناسب لنا يمكن اعتباره الوضع الصفري للجسم، وذلك حسب ظروف التجارب والقياسات التي يتم إجراؤها، وليس فقط سطح الأرض. يمكن أن يكون هذا سطح الأرضية والطاولة وما إلى ذلك.

الطاقة الحركية

في حالة تحرك الجسم تحت تأثير القوة، فإنه لا يستطيع القيام ببعض الأعمال فحسب، بل يقوم أيضًا ببعض الأعمال. في الفيزياء، الطاقة الحركية هي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته. عندما يتحرك الجسم، فإنه يستهلك طاقة ويبذل شغلًا. بالنسبة للطاقة الحركية يتم حساب الصيغة على النحو التالي:

A = Fs = mas = m * v / t * vt / 2 = (mv^2) / 2، أو Eк = (mv^2) / 2،

حيث Ek هي الطاقة الحركية للجسم،
م وزن الجسم،
v سرعة الجسم .

يتضح من الصيغة أنه كلما زادت كتلة الجسم وسرعته، زادت طاقته الحركية.

كل جسم لديه إما طاقة حركية أو طاقة كامنة، أو كليهما في وقت واحد، مثل الطائرة الطائرة على سبيل المثال.

إذا كان جسم له كتلة ما متحركت تحت تأثير القوى المطبقة، وتغيرت سرعتها من حين لآخر قامت القوى ببعض الشغل أ.

الشغل الذي تبذله جميع القوى المطبقة يساوي الشغل الذي تبذله القوة المحصلة(انظر الشكل 1.19.1).

هناك علاقة بين التغير في سرعة الجسم والشغل الذي تبذله القوى المؤثرة على الجسم. يتم إنشاء هذا الارتباط بسهولة أكبر من خلال النظر في حركة الجسم على طول خط مستقيم تحت تأثير قوة ثابتة. في هذه الحالة، يتم توجيه نواقل القوة للسرعة والتسارع على طول خط مستقيم واحد، ويؤدي الجسم تسارعًا مستقيمًا بشكل منتظم. حركة. من خلال توجيه محور الإحداثيات على طول خط الحركة المستقيم، يمكننا النظر في ذلك F, س، υ و أككميات جبرية (موجبة أو سالبة حسب اتجاه المتجه المقابل). ثم يمكن كتابة عمل القوة على النحو التالي أ = خ.س. مع الحركة المتسارعة بشكل منتظم، الإزاحة سيتم التعبير عنها بواسطة الصيغة

إنه يتبع هذا

يوضح هذا التعبير أن الشغل الذي تبذله قوة (أو محصلة جميع القوى) يرتبط بتغير في مربع السرعة (وليس السرعة نفسها).

تسمى الكمية الفيزيائية التي تساوي نصف حاصل ضرب كتلة الجسم ومربع سرعته الطاقة الحركيةجسم:

إن عمل القوة المحصلة المطبقة على الجسم يساوي التغير في طاقته الحركية ويتم التعبير عنه نظرية الطاقة الحركية:

نظرية الطاقة الحركية صحيحة أيضًا الحالة العامةعندما يتحرك جسم تحت تأثير قوة متغيرة لا يتوافق اتجاهها مع اتجاه حركته.

الطاقة الحركية هي الطاقة للحركة. الطاقة الحركية لجسم ذو كتلة م، يتحرك بسرعة تساوي الشغل الذي يجب أن تبذله قوة تؤثر على جسم ساكن حتى تنقل إليه هذه السرعة:

إذا تحرك الجسم بسرعة فله نقطةيجب القيام بالعمل

في الفيزياء، جنبا إلى جنب مع الطاقة الحركية أو طاقة الحركة دور مهميلعب مفهوم الطاقة الكامنة أو طاقة التفاعل بين الأجسام.

يتم تحديد الطاقة الكامنة من خلال الموقع النسبي للأجسام (على سبيل المثال، موقع الجسم بالنسبة لسطح الأرض). لا يمكن تقديم مفهوم الطاقة الكامنة إلا للقوى التي لا يعتمد عملها على مسار الحركة ويتم تحديدها فقط من خلال المواضع الأولية والنهائية للجسم. تسمى هذه القوى محافظ .

الشغل الذي تبذله القوى المحافظة على مسار مغلق يساوي صفرًا. ويوضح هذا البيان في الشكل. 1.19.2.

الجاذبية والمرونة لهما خاصية المحافظة. بالنسبة لهذه القوى يمكننا تقديم مفهوم الطاقة الكامنة.

إذا تحرك جسم بالقرب من سطح الأرض، فإنه تتأثر بقوة الجاذبية التي تكون ثابتة في مقدارها واتجاهها. يعتمد عمل هذه القوة فقط على الحركة الرأسية للجسم. على أي جزء من المسار، يمكن كتابة عمل الجاذبية في إسقاطات متجه الإزاحة على المحور أوي، موجهة عموديًا إلى الأعلى:

أين Fر = Fت ذ = -ملغ- إسقاط الجاذبية، Δ سذ- إسقاط ناقل الإزاحة. عندما يرتفع الجسم إلى أعلى، تؤدي الجاذبية عملاً سلبيًا، حيث Δ سذ> 0. إذا تحرك الجسم من نقطة تقع على ارتفاع ح 1، إلى نقطة تقع على ارتفاع ح 2 من أصل محور الإحداثيات أوي(الشكل ١.١٩.٣)، فإن الجاذبية قد بذلت شغلًا

هذا العمل يساوي التغير في بعض الكمية الفيزيائية mgh، مأخوذة بالعلامة المعاكسة. وتسمى هذه الكمية الفيزيائية الطاقة الكامنة الأجسام في مجال الجاذبية

وهو يساوي الشغل الذي تبذله الجاذبية عند خفض الجسم إلى مستوى الصفر.

الشغل الذي تبذله الجاذبية يساوي التغير في الطاقة الكامنة للجسم، مأخوذة بالإشارة المعاكسة.

الطاقة الكامنة ه p يعتمد على اختيار مستوى الصفر، أي على اختيار أصل المحور أوي. المعنى الجسديليس لديه الطاقة الكامنة نفسها، ولكن تغيرها Δ هع = هص2 - ه p1 عند نقل الجسم من موضع إلى آخر. وهذا التغيير مستقل عن اختيار مستوى الصفر.

لقطة شاشة بحث مع ارتداد الكرة عن الرصيف

إذا أخذنا في الاعتبار حركة الأجسام في مجال الجاذبية للأرض على مسافات كبيرة منها، فعند تحديد الطاقة المحتملة، من الضروري مراعاة اعتماد قوة الجاذبية على المسافة إلى مركز الأرض ( قانون الجاذبية العالمية ). بالنسبة لقوى الجاذبية العالمية، من المناسب حساب الطاقة الكامنة من نقطة عند اللانهاية، أي أن نفترض أن الطاقة الكامنة لجسم عند نقطة بعيدة لا نهائية تساوي صفرًا. صيغة تعبر عن الطاقة الكامنة لجسم ذو كتلة معلى المسافة صمن مركز الأرض، ويكون على الشكل:

أين م- كتلة الأرض، ز- ثابت الجاذبية.

يمكن أيضًا تقديم مفهوم الطاقة الكامنة للقوة المرنة. وتتميز هذه القوة أيضًا بكونها محافظة. عند تمديد (أو ضغط) الزنبرك، يمكننا القيام بذلك بطرق مختلفة.

يمكنك ببساطة إطالة الربيع بمقدار معين س، أو قم أولاً بتطويله بمقدار 2 س، ثم قم بتقليل الاستطالة إلى القيمة سإلخ. في كل هذه الحالات، تؤدي القوة المرنة نفس العمل، الذي يعتمد فقط على استطالة الزنبرك سفي الحالة النهائية، إذا لم يكن الربيع مشوهًا في البداية. وهذا العمل يساوي عمل القوة الخارجية أ، مأخوذة بالعلامة المعاكسة (انظر 1.18):

أين ك- تصلب الربيع. يمكن للزنبرك الممتد (أو المضغوط) أن يحرك الجسم المرتبط به، أي ينقل الطاقة الحركية إلى هذا الجسم. وبالتالي، فإن مثل هذا الربيع لديه احتياطي من الطاقة. الطاقة الكامنة للزنبرك (أو أي جسم مشوه بشكل مرن) هي الكمية

الطاقة الكامنة لجسم مشوه بشكل مرن يساوي الشغل الذي تبذله القوة المرنة أثناء الانتقال من حالة معينة إلى حالة خالية من التشوه.

إذا كان الربيع مشوهًا بالفعل في حالته الأولية، وكان استطالته مساوية س 1، ثم عند الانتقال إلى حالة جديدة مع الاستطالة س 2 القوة المرنة ستبذل الشغل يساوي التغييرالطاقة الكامنة المأخوذة بالإشارة المعاكسة:

الطاقة المحتملة عند تشوه مرن- هذه هي طاقة التفاعل الأجزاء الفرديةالأجسام فيما بينها من خلال القوى المرنة.

إلى جانب الجاذبية والمرونة، تتمتع بعض أنواع القوى الأخرى بخاصية المحافظة، على سبيل المثال، القوة التفاعل الكهروستاتيكيبين الاجسام المشحونة قوة الاحتكاك ليس لديها هذه الخاصية. يعتمد الشغل الذي تبذله قوة الاحتكاك على المسافة المقطوعة. لا يمكن تقديم مفهوم الطاقة الكامنة لقوة الاحتكاك.