الحفاظ على الطاقة الميكانيكية: ما هي ، تمارين

ال الحفاظ علىيعطيطاقةعلم الميكانيكا هو أحد قوانين الميكانيكا التي تنبع من المبدأفيالحفاظ علىيعطيطاقة. وفقا لقانون حفظ الطاقة الميكانيكية ، عندما لا شيء القوة المبددة يعمل على الجسم ، كل طاقته المتعلقة بالحركة تظل ثابتة. هذا يعادل القول بأن الطاقة الحركية و ال طاقةالقدره من الجسم لا يتغير أبدا.

إن فهم قانون حفظ الطاقة الميكانيكية ضروري لحل عدد كبير من مواقف الفيزياء التي تقترب من المواقف المثالية ، لذلك فهذه واحدة من أكثر القضايا المطلوبة في هذا المجال يعطي الميكانيكا في اختبارات العدو.

نرى أيضا: الجر - فهم هذا المفهوم المادي الآخر الذي درسه الميكانيكا

ما هو الحفاظ على الطاقة الميكانيكية؟

ال الحفاظ علىيعطيطاقةعلم الميكانيكا تنص على أن كل الطاقة المتعلقة بحركة الجسم تظل ثابتة عندما لا تعمل عليها قوى تبديد ، مثل قوى الاحتكاك والسحب.

عندما نقول أن الطاقة الميكانيكية محفوظ، هذا يعني أن مجموع طاقةحركية مع ال الطاقة الكامنةهو نفسه في جميع الأوقات وفي أي وضع. بمعنى آخر ، لا يتم تحويل أي جزء من الطاقة الميكانيكية لنظام ما إلى أشكال أخرى من الطاقة ، مثل طاقة حرارية.

بالنظر إلى ما سبق ذكره قانون حفظ الطاقة الميكانيكية، في نظام غير مشتت ، يمكننا القول أن الطاقات الميكانيكية في موقعين مختلفين متساوية.

و_م - الطاقة الميكانيكية

و_ج - الطاقة الحركية

و_ص - الطاقة الكامنة

لكي نفهم بشكل أفضل مفهوم الحفاظ على الطاقة الميكانيكية ، من الضروري معرفة ماهيتها طاقةحركية و طاقةالقدره، لذلك سوف نشرح بإيجاز كل من هذه المفاهيم في المواضيع التالية.

وفقًا للحفاظ على الطاقة ، فإن الطاقة الميكانيكية للسيارة في الشكل ثابتة في جميع النقاط.

الطاقة الحركية

ال طاقةحركية هي الطاقة الموجودة في أي جسم لديه مقدار الحركة لا شيء ، أي ما دام الجسد لديه معكرونة و ● السرعة، سيتم تزويدها بكمية معينة من الطاقة الحركية.

ال طاقةحركية هو العظمة العددية وحدته ، وفقًا لـ سالنظام أناالوحدات الدولية، و ال الجول (ي). تنص صيغة الطاقة الحركية على أن هذه الطاقة تساوي حاصل ضرب معكرونة (م) و ميدانيعطي● السرعة (v²) مقسومًا على 2.

م - معكرونة

الخامس - ● السرعة

و_ج - الطاقة الحركية

لمعرفة المزيد حول هذا النوع من الطاقة ، قم بزيارة مقالتنا المحددة: الطاقة الحركية.

الطاقة الكامنة

ال طاقةالقدره إنه شكل من أشكال الطاقة التي يمكن تخزينها والتي تعتمد بشكل مباشر على وضع حيث الجسم بالنسبة لبعض مجال الخضوع ل، مثل ال مجال الجاذبية, الحقل الكهربائي و حقل مغناطيسي.

ال طاقةالقدره لا يمكن أن تتراكم في الجسم إلا عندما تخضع لعمل أ الخضوع لتحفظا، أي القوة التي تطبق دائمًا نفس القدر من الطاقة على الجسم ، بغض النظر عن المسار المتبع.

مثال على القوة المحافظة هو الخضوع ل وزن: إذا تم رفع الجسم ضد تأثير قوة الوزن من الأرض إلى ارتفاع معين ، بغض النظر عن المسار الذي يسلكه هذا الجسم ، سيعتمد اكتساب الطاقة الكامنة حصريًا على الفرق بين الاثنين مرتفعات.

عندما يتعلق الأمر بتمارين الحفاظ على الطاقة الميكانيكية ، هناك نوعان أكثر شيوعًا من الطاقة الكامنة: أ طاقة الجاذبية الكامنة و ال الطاقة الكامنة المرنة. الطاقة الكامنة للجاذبية هي شكل الطاقة بالنسبة لارتفاع الجسم بالنسبة إلى الأرض. يعتمد ذلك على كتلة الجسم ، على تسارع الجاذبية في المكان والارتفاع

ز - الجاذبية (م / ث²)

ح - الارتفاع (م)

الالطاقة الكامنة المرنةهو الشخص المرتبط بـ تشوه بعض الأشياء ، مثل الشريط المطاطي. لحسابها ، يأخذ المرء في الاعتبار مقدار الكائن مشوه (خ) ، وكذلك ثابتالمرن من هذا الكائن (ك) ، مقاسة بـ نيوتنلكلمترو الانفاق. إذا كان الكائن لديه ثابت مرن 800 نيوتن / م، يشير هذا إلى أنه ، ليتم تشويهه بمقدار متر واحد ، يتم التأثير على هذا الجسم بقوة 800 نيوتن. الصيغة المستخدمة لحساب الطاقة الكامنة المرنة هي كما يلي:

لمعرفة المزيد حول هذا النوع من الطاقة ، قم بزيارة مقالتنا المحددة: طاقة القدره.

الطاقة الميكانيكية

ال الطاقة الميكانيكية و ال مجموع الطاقة الحركية والوضعية. بمعنى آخر ، كل الطاقة مرتبطة بحركة الجسم. معادلة الطاقة الميكانيكية هي كما يلي:

صيغة الحفاظ على الطاقة الميكانيكية

إن صيغة الحفاظ على الطاقة الميكانيكية هي أن مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة متساويان لأي نقطة في نظام ميكانيكي حيث لا تعمل قوى تبديد.

و_Ci وهو_{Cf -}الطاقة الحركية النهائية والأولية

و_Ci وهو_{الشرطة الاتحادية -}الطاقة الحركية النهائية والأولية

على الرغم من أن الصيغة المذكورة أعلاه عامة ويمكن تطبيقها في أي حالة حيث الطاقة الميكانيكية إذا تم حفظها ، فمن الضروري التأكيد على أن كل حالة يمكن أن تقدم شكلًا مختلفًا من الطاقة القدره. وبالتالي ، فإن حل التمارين هو أفضل طريقة لفهم الحالات المختلفة.

اقرأ أيضا:السقوط الحر - فهم أفضل لهذه الحركة حيث لا توجد قوة احتكاك

تمارين حلها على حفظ الطاقة الميكانيكية

السؤال رقم 1 - جسم كتلته m = 2.0 كجم يرتكز على زنبرك بثابت مرن يساوي 5000 نيوتن / م مضغوطًا بمقدار 2 سم (0.02 م). إهمال قوى التبديد وبناءً على الشكل ، حدد الارتفاع الذي وصل إليه الجسم بعد تحرير الزنبرك وحدد البديل الصحيح.

(البيانات: g = 10 m / s²)

أ) 4 سم

ب) 10 سم

ج) 5 سم

د) 20 سم

هـ) 2 سم

قالب: حرف C.

القرار:

لحل التمرين ، من الضروري تطبيق قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية. بهذا المعنى ، نرى أن الطاقة الميكانيكية الأولية هي جهد مرن بحت ، وأن الطاقة الميكانيكية النهائية هي جهد جاذبية بحت. بهذه الطريقة ، يجب أن نجري الحساب التالي:

بناءً على الحسابات المتقدمة ، وجدنا أن ارتفاع الجسم يصل إلى 5 سم كحد أقصى ، لذا فإن البديل الصحيح هو الحرف ج.

السؤال 2 - يتحرر جسم من بقية المنحدر على ارتفاع 4 أمتار أوجد السرعة التي سيكون عندها الجسم عندما يكون على ارتفاع مترين فوق سطح الأرض وأشر إلى البديل الصحيح.

أ) 2-10 م / ث

ب) 20 م / ث

ج) 4-10 م / ث

د) 2-5 م / ث

ه) 3√2 م / ث

قالب: الحرف ا.

القرار:

يجب أن نطبق قانون حفظ الطاقة الميكانيكية عند أعلى النقاط وعند نقطة الارتفاع التي تساوي 2 متر. للقيام بذلك بشكل صحيح ، علينا أن نتذكر أنه في أعلى نقطة ، كان الجسم في حالة راحة ، لذلك تم التعبير عن كل طاقته الميكانيكية في شكل طاقة وضع الجاذبية. عند النقطة التي يكون فيها الارتفاع مساوياً لـ 2 م ، يوجد الكثير طاقةالقدرهالجاذبيةكم ثمنطاقةحركية. لاحظ الحساب في الشكل التالي:

في نهاية العملية الحسابية أعلاه ، عندما قمنا بحساب الجذر التربيعي لـ 40 ، أخذنا الرقم في الاعتبار بحيث تكون النتيجة 2-10 ، وبالتالي فإن البديل الصحيح هو الحرف A.

بقلم رافائيل هيلربروك
مدرس الفيزياء

مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-conservacao-energia-mecanica.htm