قانون بقاء الطاقة الميكانيكية
قانون حفظ الطاقة
قانون حفظ الطاقة أو بقاء الطاقة أو انحفاظ الطاقة في الفيزياء، هو قانون ينص على أنّ الطاقة في أي نظام معزول لا تفنى ولا تستحدث، أي أنّها لا تخلق نفسها بنفسها ولا تنتهي، ولكن يمكن تحويلها من شكلٍ إلى آخر، وتتحول الطاقة من شكل إلى آخر بالعديد من الوسائل، حيثُ يمكن أن تتحول الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية عن طريق الاحتكاك، وتتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركية أثناء السقوط الحر والكثير من الأمثلة، وهكذا يمكن القول إنّ الطاقة تتبع لقوانين الانحفاظ والتي تعتبر من المبادئ الأساسية في العلوم.
أنواع الطاقة
- طاقة حركية.
- طاقة كهربائية.
- طاقة ميكانيكية.
- طاقة إشعاعية.
- طاقة حرارية.
- طاقة كيميائية.
- طاقة نووية.
قانون بقاء الطاقة الميكانيكية
الطاقة الميكانيكية تعرف بأنّها مجموع طاقتي الوضع والحركة لأي جسم، وحفظ الطاقة الميكانيكية يعني أنّ هذا المقدار يبقى ثابتاً ولا يتغيرعند كل النقاط أثناء حركة الجسم، ويكن التعبير عنه بالرموز كالآتي: طم=طو+طح
حيثُ إنّ:
- طم: الطاقة الميكانيكية.
- طو: طاقة الوضع.
- طح: الطاقة الحركية.
أي أنّ الطاقة الميكانيكية لأي جسم في نظام محافظ تساوي طاقة الوضع لوحدها عندما تكون الطاقة الحركية تساوي صفراً، أو الطاقة الحركية لوحدها عندما تكون طاقة الوضع تساوي صفراً أو مجموع كلا الطاقتين معاً، وهذا المقدار ثابت لا يتغير لهذا الجسم سواءَ كان ساكناً أم متحركاً، حيثُ يمكن أن يتغير مقدار طاقة الوضع وحده زيادةً أو نقصاناً ومقدار الطاقة الحركية زيادةً أو نقصاناً، إلّا أنّ مجموعهما يبقى ثابتاً، أي أنّ الطاقة الميكانيكية تبقى ثابتة ومحفوطة.
أمثلة على قانون بقاء الطاقة الميكانيكة
- السقوط الحر مع إهمال مقاومة الهواء:
- حركة البندول مع اهمال مقاومة الهواء:
- يكون مقدار طاقة الوضع أكبر ما يمكن عندَ القمة، حيثُ إنّ الجسم يكون أبعد ما يمكن عن الأرض باعتبارها مرجعاً، ومقدار الطاقة الحركية يساوي صفراً عندَ هذه النقطة.
- يكون مقدار الطاقة الحركية أكبر ما يمكن عندَ الوصول إلى الأرض، حيثُ إنّ الجسم يمتلك أكبر سرعة في هذه اللحظة، ومقدار طاقة الوضع يساوي صفراً.
- في أثناء سقوط الجسم تقل طاقة الوضع وتزداد الطاقة الحركية تدريجياً، ومقدار النقصان في مقدار طاقة الوضع هو ذاته مقدار الزيادة في الطاقة الحركية.
- مجموع طاقة الوضع والطاقة الحركية ثابت في كل نقطة، أي أنّ الطاقة الميكانيكة محفوظة في هذا النظام.
- عندَ رفع البندول إلى ارتفاع معين مع عدم تركه، فإنّه يخزن طاقة وضع في هذه الحالة، ومقدار الطاقة الحركية له تساوي صفراً.
- عندَ ترك البندول، تقل طاقة الوضع تدريجياً وتزداد الطاقة الحركية حتّى تصل لأعلى قيمة ممكنة، حيثُ تكون سرعة البندول تساوي أكبر ما يمكن، والارتفاع أقل ما يمكن.
- عندما يكمل الحركة، فإنّ الطاقة الحركية تقل وتزداد طاقة الوضع تدريجياً حتّى تصل أعلى قيمة لها، حيثُ تساوي الطاقة الحركية صفراً ويكون البندول في أعلى ارتفاعٍ له.
- مجموع طاقة الوضع والطاقة الحركية ثابت في كل نقطة، أي أنّ الطاقة الميكانيكة محفوظة في هذا النظام.