تعريف طاقة الوضع
تُعرف طاقة الوضع أو الطاقة الكامنة على أنها الطاقة المخزنة داخل الأجسام، والتي تعتمد على وضع الجسم النسبي نسبة إلى بقية الأجسام في النظام ذاته، فالنابض يمتلك طاقة وضع كبيرة عندما يكون مضغوطاً أو ممتداً، والكرة الفولاذية تمتلك طاقة وضع أكبر وهي على ارتفاعات عالية منها وهي على سطح الأرض، وطاقة الوضع هي خاصية للنظام بأكمله وليست للأجسام بصفة فردية.[1]
قانون طاقة الوضع
عند رفع كتلة ما بمقدار مسافة معينة من الأرض، فإن القانون الذي يتم من خلاله حساب طاقة الوضع لهذا الجسم هو:[2]
طاقة الوضع=الكتلة×ارتفاع الجسم×تسارع الجاذبية الأرضية.
أما بالنسبة للنابض فإن طاقة الوضع تُحسب باستخدام قانون هوك، حيث إن طاقة الوضع تتناسب طردياً مع مقدار الضغط والتمدد للنابض، والقانون هو:
طاقة الوضع= ثابت النابض×مقدار الضغط أو التمدد
أمثلة على طاقة الوضع
تتمثل طاقة الوضع في العديد من الأمثلة الحياتية اليومية، ومن ذلك:[2]
- كرة ساكنة فوق طاولة ما: تُسمى طاقة الوضع في هذه الحالة طاقة الوضع بفعل الجاذبية، وذلك لأن الطاقة التي تمتلكها تعود إلى موقعها العامودي، وكلما زادت كتلة الجسم زادت طاقة وضع الجاذبية التي يكتسبها.
- سحب السهم في القوس: تُدعى طاقة الوضع في هذه الحالة طاقة وضع مرنة، وهي الطاقة التي يكتسبها نتيجة تمدده وانضغاطه، وبالنسبة للمواد المرنة فإن طاقة الوضع تزداد بزيادة التمدد.
- الروابط الكيميائية التي تمتلكها الذرات كنتيجة لتباعد أو تقارب الإلكترونات في الذرة، تحتوي على طاقة وضع يعبّر عنها إلكترونياً بالجهد الكهربائي.
تخزن الأجسام التي تمتلك طاقة وضع هذه الطاقة في أجسامها بعدة طرق، قبل أن يتم تحرير الطاقة الكامنة، ومن أشكال طاقة الوضع ما يأتي:[3]
- طاقة الوضع الكيميائية: في الكيمياء، يتم تخزين طاقة الوضع في الروابط الكيميائية، وتعمل التفاعلات الكيميائية على تحرير الطاقة عن طريق تكوين مركبات جديدة أو إنتاج الضوء أو الحرارة.
- طاقة الوضع الفيزيائية: في الفيزياء يتم تخزين طاقة الوضع إما في طاقة الجاذبية، أو ما يُعرف بطاقة الوضع المرونية، وطاقة الجاذبية، حيث تنشأ نتيجة لوضع جسم يمتلك كتلة ما في مكان مرتفع عن سطح الأرض، وكلما زادت كتلة الجسم زادت الطاقة الكامنة في داخله، وعندما يسقط يتم تحرير الطاقة الكامنة من داخله وتتحول إلى طاقة حركية، أما بالنسبة لطاقة الوضع المرونية فعادة ما يتم تخزينها في التشوه الحاصل لشكل الجسم في بنيته، فعند ضغط الزنبرك ثم تحريره، قد تعمل طاقة الوضع المحررة على إحداث الضرر.
- طاقة الوضع الكهربائية: تخزّن البطاريات في داخلها الطاقة الكهربائية والكيميائية، فآلية عمل البطاريات تعتمد على التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخلها والتي تخلق اختلالاً في الإلكترونات والتي تنتج شحنة كهربائية على أطراف البطارية.
المراجع
- ↑ "Potential energy", www.britannica.com, Retrieved 19-5-2019. Edited.
- ^ أ ب Anne Marie Helmenstine (30-12-2018), " Potential Energy Definition and Formula"، www.thoughtco.com, Retrieved 19-5-2019. Edited.
- ↑ Bert Markgraf (14-5-2018), "What is Potential Energy?"، www.sciencing.com, Retrieved 19-5-2019. Edited.