8: الطاقة المحتملة والحفاظ على الطاقة
- Page ID
- 200048
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
في هذا الفصل، نقدم المفهوم المهم للطاقة الكامنة. سيمكننا ذلك من صياغة قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية وتطبيقه على الأنظمة البسيطة، مما يجعل حل المشكلات أسهل. في القسم الأخير حول مصادر الطاقة، سننظر في عمليات نقل الطاقة والقانون العام للحفاظ على الطاقة. في جميع أنحاء هذا النص، سيتم تطبيق قانون الحفاظ على الطاقة بمزيد من التفصيل بشكل متزايد، حيث تواجه أنظمة أكثر تعقيدًا وتنوعًا، وأشكال أخرى من الطاقة.
- 8.1: مقدمة للطاقة المحتملة والحفاظ على الطاقة
- في تمثال جورج رودز للكرة الدوارة، يحكم مبدأ الحفاظ على الطاقة التغيرات في الطاقة الحركية للكرة ويربطها بالتغييرات وعمليات النقل لأنواع أخرى من الطاقة المرتبطة بتفاعلات الكرة.
- 8.2: الطاقة الكامنة للنظام
- في العمل، رأينا أن العمل الذي يُنجَز على جسم بواسطة قوة الجاذبية الثابتة، بالقرب من سطح الأرض، فوق أي إزاحة هو دالة فقط على الاختلاف في مواضع نقاط نهاية الإزاحة. تسمح لنا هذه الخاصية بتحديد نوع مختلف من الطاقة للنظام عن طاقته الحركية، والتي تسمى الطاقة الكامنة. نحن نأخذ في الاعتبار خصائص وأنواع مختلفة من الطاقة الكامنة في الأقسام الفرعية التالية.
- 8.3: القوى المحافظة وغير المحافظة
- القوة المحافظة هي القوة التي يكون العمل المنجز فيها مستقلاً عن المسار. وبالمثل، تكون القوة متحفظة إذا كان العمل المنجز على أي مسار مغلق صفرًا. القوة غير المحافظة هي القوة التي يعتمد العمل المنجز من أجلها على المسار. إن مكون القوة المحافظة، في اتجاه معين، يساوي سالب مشتق الطاقة الكامنة لتلك القوة، فيما يتعلق بالإزاحة في هذا الاتجاه.
- 8.4: الحفاظ على الطاقة
- الكمية المحفوظة هي خاصية مادية تظل ثابتة بغض النظر عن المسار الذي يتم اتخاذه. إذا لم تعمل القوى غير المحافظة ولم تكن هناك قوى خارجية، تظل الطاقة الميكانيكية للجسيم ثابتة. بالنسبة لحركة الجسيمات أحادية البعد، حيث تكون الطاقة الميكانيكية ثابتة وتكون الطاقة الكامنة معروفة، يمكن العثور على موضع الجسيم، كدالة للوقت، من خلال تقييم تكامل مشتق من الحفاظ على الطاقة الميكانيكية.
- 8.5: مخططات الطاقة المحتملة والاستقرار
- يتيح لك تفسير مخطط الطاقة المحتملة أحادي البعد الحصول على بعض المعلومات النوعية والكمية حول حركة الجسيم. على سبيل المثال، يساوي سالب منحدر منحنى الطاقة الكامنة، بالنسبة للجسيم، المكون أحادي البعد للقوة المحافظة على الجسيم. أيضًا، عند نقطة التحول، تساوي الطاقة الكامنة الطاقة الميكانيكية والطاقة الحركية صفر، مما يشير إلى أن اتجاه السرعة ينعكس هناك.
- 8.6: مصادر الطاقة
- يمكن نقل الطاقة من نظام إلى آخر وتحويلها أو تحويلها من نوع إلى آخر. بعض الأنواع الأساسية للطاقة هي الحركية والإمكانات والحرارية والكهرومغناطيسية. مصادر الطاقة المتجددة هي تلك التي يتم تجديدها من خلال العمليات الطبيعية المستمرة، على مدى المقاييس الزمنية البشرية. مصادر الطاقة غير المتجددة هي تلك التي يتم استنفادها من خلال الاستهلاك، على مدى المقاييس الزمنية البشرية.
الصورة المصغرة: السفينة الدوارة «بلو فاير» في يوروبا بارك. (CC إلى 3.0؛ كوستر J).