طاقة الوضع والحركة في البندول
تقوم فكرة تأرجح البندول في الفيزياء على أساس مبدأ تخزين الطاقة وتحويلها من شكل إلى آخر على نحو مستمر، فعندما يتحرك البندول إلى أعلى نقطة له بفعل قوة خارجية، فإن البندول في تلك الحالة تصبح لديه طاقة تسمى طاقة الوضع بسبب ابتعاد الوزن عن نقطته المركزية، هذه الطاقة يمكن تبقى كامنة في داخله إلى أن تتحول إلى شكل آخر.
عندما يتم إزالة المؤثر الخارجي وتحرير البندول يتحرك البندول باتجاه الأسفل بفعل الجاذبية الأرضية وحينئذ تتحول طاقة الوضع الكامنة فيه إلى طاقة حركية والتي تتولد تلقائيا بسبب تحركه، تزداد سرعة البندول أثناء حركته ويكون أسرع ما يمكن عند النقطة المركزية في أدنى ارتفاع له، ويكمل حركته إلى الجهة المقابلة حتى تتحول كامل طاقته إلى طاقة وضع مرة أخرى.
وهكذا يستمر البندول في الحركة يميناً ويساراً، بحيث يحافظ على كمية طاقة ثابتة تتحول ما بين طاقة وضع وطاقة حركة. ففي بعض النقاط يمتلك البندول أقصى طاقة وضع، وفي نقاط أخرى يكون يمتلك أكبر طاقة حركية ويتم التوازن بين هذين نوعي الطاقة في نظام البندول، إلا أنه لا يوجد في الحياة الواقعية نظام عمل مثالي؛ إذ أنه يتم فقد بعض الطاقة بسبب الاحتكاك مع الهواء، لذلك يحتاج أي نظام بندول إلى إمداده بالقليل من الطاقة بين الفينة والأخرى.
قوانين الوضع والحركة في البندول
تالياً توضيح لقوانين الطاقة المتعلقة بنظام البندول
قانون طاقة الوضع في البندول
سنتناول فيما يلي كيفية استنباط قوانين طاقة الوضع في نظام البندول:
المعادلة الأساسية لطاقة الوضع : طاقة الوضع = كتلة الجسم × ثابت تسارع الجاذبية × الارتفاع
ط = ك × ث × ع
تستخدم هذه المعادلة في حساب الطاقة في السقوط الحر، إلا أنه في نظام البندول يكون الجسم معلق بخيط، فيتم استبدال الارتفاع والاستدلال به عن طريق الزاوية (θ)، وطول يد البندول (ل) ليصبح الارتفاع يعادل ع = ل(1- جتاθ)
وبالتالي تصبح معادلة طاقة الوضع في البندول على النحول التالي:
طاقة الوضع = ك (البندول) × ث × ل(1- جتاθ)
قانون الطاقة الحركية في البندول
يمكن حساب الطاقة الحركية في البندول عند أي نقطة من خلال القانون التالي:
الطاقة الحركية = 0.5 X كتلة البندول X مربع سرعة البندول
أمثلة عن طاقة الوضع وطاقة الحركة في الحياة اليومية
يوجد في حياتنا اليومية الكثير من الأمثلة التي يتم فيها توظيف طاقتي الوضع والحركة للاستفادة منهما؛ تالياً ذكر لبعض منها:
في مجال طاقة الوضع
من الأمثلة على طاقة الوضع في الحياة اليوميّة ما يأتي:
- البندول.
- الزنبرك.
- القوس والسهم.
- صخرة على حافة منحدر.
- الطعام الذي نأكله؛ بحيث تتحول طاقة الوضع الكامنة فيه داخل أجسامنا ليمدّها بالطاقة اللازمة للعمليات الحيوية.
- المياه في الخزانات والسدود.
- الرصاصة.
في مجال الطاقة الحركية
من الأمثلة على الطاقة الحركية في الحياة اليوميّة ما يأتي:
- محطات الطاقة الكهرومائية .
- طواحين الهواء.
- السيارات المتحركة.
- المشي والجري.
- سقوط زجاج على الأرض.
