قانون طاقة الوضع المرونية

ما هي طاقة الوضع المرونية؟

طاقة الوضع المرونية (بالإنجليزية: Elastic potential energy) هي الطاقة المخزنة في الأجسام عند دفعها أو سحبها أو الضغط عليها، وتعبر طاقة الوضع المرونية عن الطاقة المخزنة في جسم ما بسبب موقعه بالنسبة إلى موضع مرجعي كسطح الأرض مثلاً وتعرضه للسحب أو الضغط كما في الزنبرك.

ما هي وحدة طاقة الوضع المرونية؟

تقاس طاقة الوضع المرونية بالجول (بالإنجليزية: joules J) وهي إحدى وحدات النظام العالمي، تنسب إلى العالم للعالم الفيزيائي جيمس بريسكوت جول (بالإنجليزية: James Prescott Joule)، لأن الفضل يعود له في اكتشاف العلاقة بين الشغل المبذول والطاقة الناتجة.

أمثلة من الحياة العملية على طاقة الوضع المرونية

تم تصميم العديد من الأدوات خصيصاً لتخزين طاقة الوضع المرونية، على سبيل المثال:

النبالة، أي سحب السهم في القوس.
الوقوف على لوح الغطس في المسبح.
استقرار البندول بعد حكته ذهاباً أو إياباً.
الميزان الزنبركي.
المطاط (بالإنجليزية: Rubber Bands).
الإسفنج القابل للضغط.

طريقة حساب طاقة الوضع المرونية

إن قانون طاقة الوضع المرونية تساوي القوة مضروبة في مقدار المسافة، وأغلب التطبيقات الحسابية تتمحور حول الزنبرك، لذا فإن:

طاقة الوضع المرونية تساوي حاصل ضرب القوة في مسافة الحركة، أي أن
طاقة الوضع المرونية = القوة × مقدار الإزاحة

ط و = ق × ف

حيث إن:

ط و: طاقة الوضع المرونية بوحدة الجول.
ق: مقدار القوة بوحدة نيوتن.
ف: مقدار الإزاحة بوحدة المتر.

وفي حال الزنبرك تحديداً فإن:
القوة = ثابت الزنبرك × الإزاحة
وبالتالي فإن طاقة الوضع المرونية للزنبرك = ثابت الزنبرك × مربع مقدار الإزاحة
ط و (زنبرك) = ثابت الزنبرك × الإزاحة
ق = 1/2 × ث × ف

ط و (الزنبرك) = 1/2 × ث × ف²

حيث إن:

ق: مقدار القوة بوحدة نيوتن
ث: ثابت الزنبرك بوحدة نيوتن / م
ف: مقدار التغير في طول الزنبرك بوحدة المتر

مثال 1:

لحساب مقدار التغير في طول الزنبرك، عند طاقة وضعه وهو في حالة انضغاط مقدارها 40 جول، علماً بأن ثابت الزنبرك 200 نيوتن / م:

بالتعويض في القانون فإن:

ط و (الزنبرك) = 1/2 × ث × ف²

ف = (2 × ط و / ث) √

ف = (2 × 40 / 200) √

ف = 0.4 √

ف = 0.63 متر

مثال 2:

لإيجاد ثابت الزنبرك لميزان زنبركي عمودي معلًق، يحمل وزنا مقداره 5 كيلو غرام، وتسارع الجاذبية الأرضية هي 9.8 م/ ث^2 ومقدار التغير في طول الزنبرك يساوي 10 أمتار:

الحلّ:

أولا يتم إيجاد القوة في الزنبرك المشدود
القوة = الكتلة × التسارع
ق = ك × ت
حيث إن
ك: كتلة الجسم المحمول على الزنبرك بوحدة الكيلو غرام
ت: تسارع الجاذبية الأرضية بوحدة م/ ث²
إذاً
ق= 5 × 9.81 = 49 نيوتن
ث = ق/ ف، حيث:
ث: ثابت الزنبرك
ق: القوة
ف: مقدار التغير في طول الزنبرك
ث = 49/ 10
ث = 0.49 نيوتن / م

العلاقة بين طاقة الوضع المرونية والطاقة الحركية

إن طاقة الوضع المرونية هي الطاقة المخزنة في الجسم وهو في حالة شد أو ضغط نتيجة تعرضه لقوة خارجية، بينما الطاقة الحركية (بالإنجليزية: Kinetic energy) للجسم هي الطاقة التي يكتسبها الجسم عند تحركه، وتقاس وحدة الطاقة الحركية بالجول أيضاً.

فعلى سبيل المثال، إن الشريط المطاطي الذي يتم سحبه وشده، يمتلك طاقة وضع مرنة، أما عند إطلاقه، فإن الشريط المطاطي سوف يعود إلى حالة الراحة ولن يعود مشدوداً، فتنتقل طاقته من شكل إلى آخر، أي من طاقة الوضع المرونية إلى الطاقة الحركية.

كذلك الأمر بالنسبة للزنبرك، عند سحبه وشده، فإنه يزيد طولاً، ويمتلك طاقة وضع مرنة، أما عند تركه، فإنه يعود إلى حالة الراحة الأصلية، وإلى طوله قبل الشد، ولن يعود معرضاً لقوة شد، فتنتقل طاقته من شكل إلى آخر أيضاً، حيث إنها كانت في حالة الشد طاقة الوضع المرونية وعند تركه أصبح يمتلك طاقة حركية.

2023-12-1730تعليم

مزيد من المشاركات

طرق إبداعية لتدريس الرياضيات

طرق إبداعيّة لتدريس الرياضِيّات وفيما يأتي أبرز الطرق الإبداعية لتدريس الرياضيات: الحِصّة المُحوسَبة تَعتمِد طريقة الحِصّة المُحوسَبة على استعمال أساليب توضيحيّة تَعتمِد على التدريس المُباشر، ونَقْل المعلومات، ويَكمُن دور المُعلِّم في تهيئة المواقف التعليميّة التي تُمكِّن الطلّاب من حلِّ المشكلات، واكتشاف العلاقات الرياضِيّة. فالحِصّة المُحَوسَبة تثير التفكير الإبداعيّ؛ لأنّها تحتاج إلى قُدرات وإمكانيّات مُتقدِّمة في التفكير، كالتصنيف، والمُقارَنة، والتنظيم، والتحليل، إذ يلجأ من خلالها

تعريف الفساد الإداري

الفساد الإداري هو استغلال منصب ما، من أجل القيام بأعمال وخدمات لمجموعة من الأشخاص، بشرط الحصول على مقابل مادي لذلك، ويُعرف أيضاً، بأنه: الاستخدام السيّئ للوظيفة، وعدم تطبيقها بأسلوب مناسب، ولا يعتمد الفساد الإداري على وظيفة معيّنة، بل على طبيعة الشخص الذي يقبل الحافز نحو الفساد، ويرتبط عادةً بقبول الرشوة، وهي عبارةٌ عن مقابل يحصل عليه الشخص لإتمام عمل ما دون وجه حق، أي بالاحتيال على قوانين العمل من أجل تمرير شيء ما، يحقق مصلحة لفرد، أو مجموعة من الأفراد، على حساب أفراد آخرين. صفات الفساد

الجامعة الملكية المغربية لكرة القدم

الجامعة الملكية المغربية لكرة القدم تم تأسيس الجامعة عام 1956 ميلاديًا، أي بعد استقلال الدولة المغربية، حيث تم تأسيسها لتحل مكان العصبة المغربية المكونة من 22 عصبة والتابعة للاتحاد الفرنسي، ومن ثم بدأت ا لجامعة الملكية المغربية بضم عدد من الفرق وإقامة عدد من البطولات تحت إشرافها، حيث ضمت ما يقارب 310 فِرَق، وأقامت أول بطولة وطنية لها عام 1956م وفاز فيها نادي الوداد الرياضي. متى انضمت الجامعة الملكية المغربية للفيفا والكنفدرالية الإفريقية؟ قامت الجامعة الملكية بالانضمام للاتحاد الدولي لكرة

كيفية حساب الطاقة الكهربائية

كيف نحسب الطاقة الكهربائيّة؟ تُحسب الطاقة الكهربائيّة من خلال القانون الآتي: الطاقة الكهربائيّة = القدرة الكهربائيّة × الزمن وبالرموز: ط ك = ق × ز حيث إنّ: ط ك: الطاقة الكهربائيّة (بالإنجليزيّة: Electrical Energy)، ووحدتها الجول (J) ق: القدرة الكهربائيّة (بالإنجليزيّة: Power)، ووحدتها الواط (W) ز: الزمن (بالإنجليزيّة: time)، ووحدته الثانية (s) يعني ذلك أنّ حساب الطاقة الكهربائيّة المُستهلكة يحتاج لمعرفة القدرة الكهربائيّة للجهاز المستخدم، والمدّة الزمنيّة التي شُغّل فيها الجهاز، وتجدر الإشارة

ما هي التضاريس

تعريف التضاريس تُعبّر التضاريس (بالإنجليزية: Bathymetry) عن مساحة معينة من معالم الأرض الطبيعية، كما تُشير التضاريس إلى الاتجاهات الأفقية والعمودية لسطح الأرض، وتؤثّر التضاريس على تدفق المياه وتوزيعها على سطح الأرض، وتُوصف تضاريس الأرض استناداً إلى عوامل مختلفة، مثل: ميل الأرض، وارتفاعها، وتوجهها، وتُعدّ التضاريس هي المكافئ لقياس الأعماق الذي يقيس تضاريس الأسطح تحت الماء. كيفية تكوّن التضاريس يُطلق على دراسة تكوين التضاريس اسم الجيومورفولوجيا (بالإنجليزية: Geomorphology)، وهناك ثلاث عمليات

أهم قوانين اللوغاريتمات

أهم قوانين اللوغاريتمات تُطبق قوانين اللوغاريتمات على الأعداد الحقيقية الموجبة بحيث يكون أساس اللوغاريتم أكبر من صفر ولا يساوي واحد، وفيما يأتي أهم قوانين اللوغاريتمات: قانون لوغاريتم الواحد ينص قانون لوغاريتم الواحد في اللوغاريتمات على أنّ ناتج لوغاريتم العدد واحد لأي أساس يساوي دائمًا صفر، وذلك لأنّ عند رفع أي عدد للأس صفر يكون الناتج واحد، أي: لوف (1) = 0، بحيث (ف>1) قانون الأس واحد ينص قانون الأس واحد في اللوغاريتمات على أنّ ناتج لوغاريتم عدد ما بحيث يكون أساس اللوغاريتم يساوي نفس هذا

صعوبات التعلم

ما هي صعوبات التعلم؟ صعوبات التعلم (بالإنجليزية: Learning Disability) هو مصطلح يصف إحدى التحديات التي تواجه الأطفال في عملية التعلم، إذ يواجهون صعوبة أو مجموعة من الاضطرابات العصبية في بعض العمليات المتعلقة بالتعلم؛ كالتفكير، أو الفهم، أو الانتباه، أو القراءة، أو الإدراك، أو النطق، أو الكتابة، أو إجراء العمليات الحسابية، أو معالجة المعلومات عبر الوسائل السمعية والبصرية، أو تخزين المعلومات واسترجاعها من الذاكرة قصيرة أو طويلة المدى، وتختلف شدة تلك الصعوبات أو الاضطرابات من شخص لآخر. أنواع

ارتفاع سلة كرة السلة

أصل ارتفاع سلة كرة السلة يتم قياس ارتفاع سلة كرة السلة من الحافة العلوية لطوق السلة والذي يجب أن يكون على ارتفاع 3.05 متر عن سطح أرض الملعب ، ويُعتبر اعتماد هذا الارتفاع بالنسبة لسلة كرة السلة أمراً يعود إلى الأيام الأولى من اختراع اللعبة؛ حيث إن نايسميث علق سلال الخوخ التي استخدمها كسلالٍ للعبة على سور حلبة مضمار سباق الجري في صالة الألعاب الرياضية الخاصة بالكلية التي كان يُدرس فيها وكان ارتفاع ذلك السور عن سطح الأرض 3.05 متر، ويُعتبر ارتفاع السلة من الأمور القليلة التي وضعها نايسميث في