الأفكار الأساسية
تغنينا طرائق الطاقة عن تتبّع القوى لحظة بلحظة. شغل محصلة القوى يساوي التغير في الطاقة الحركية، وحين تؤثر قوى محافظة فقط تبقى الطاقة الميكانيكية الكلية ثابتة.
- الشغل هو W = Fd cos θ حيث θ الزاوية بين القوة والإزاحة. القوة العمودية على الحركة لا تبذل شغلاً.
- الطاقة الحركية ½mv²، وطاقة الوضع الثقالية قرب الأرض mgh، والنابض يخزّن ½kx².
- القدرة هي معدل بذل الشغل: P = W ÷ t، أو P = Fv لقوة باتجاه السرعة.
- الاحتكاك وغيره من القوى غير المحافظة يسحب الطاقة الميكانيكية من المنظومة على هيئة حرارة، لذا أدخل شغلها في الحساب.
المعادلات الأساسية
W = Fd cos θKE = ½mv²PE = mghPE = ½kx²P = W ÷ t = FvW_net = ΔKE
مثال محلول
تُترك كرة كتلتها 2.0 kg لتسقط من ارتفاع 5.0 m (g = 9.8 m/s²). طاقة الوضع المفقودة mgh = 2.0 × 9.8 × 5.0 = 98 J وتتحول إلى طاقة حركية. من ½mv² = 98 J نحصل على v = √(2 × 98 ÷ 2.0) = 9.9 m/s. تُحذف الكتلة، فيكون v = √(2gh) لأي كرة.
أخطاء شائعة
- استعمال القوة كاملة في W = Fd رغم أنها تصنع زاوية مع الإزاحة.
- نسيان أن الطاقة الحركية تتناسب مع مربع السرعة: مضاعفة السرعة تضاعف الطاقة أربع مرات.
- الخلط بين الطاقة المقاسة بالجول والقدرة المقاسة بالواط.
تدرّب
اختبر نفسك بأسئلة تدريبية في هذا الموضوع: الشغل والطاقة والقدرة