وضع جسم كتلته 100 جم عند قمة مستوي مائل خشن ارتفاعه 100 سم فانزلق

ووصل علي قاعدة المستوي بسرعه 3 م / ث احسب الشغل المبذول ضد مقاومة

المستوي للحركه ؟؟؟

الطاقة الكلية ثابتة لا تتغير ويمكن تحويلها من شكل الى آخر

فى حالة المسألة :

الطاقة الكلية = مجموع طاقتى الوضع والحركة

عند بدء الانزلاق من حالة السكون :

طاقة الوضع = 0.1 كجم * 9.8 م/ث^2 * 1 م = 0.98 نيوتن.متر ( جول )

السرعة = 0 م/ث ... ( الكتلة تنزلق من وضع السكون )

طاقة الحركة = 0 جول

الطاقة الكلية عند بدء الانزلاق = 0.98 جول


عند قاعدة المستوى :

طاقة الوضع = 0 جول

طاقة الحركة ناتجة من تأثير قوتين :

أ - القوة المحركة فى اتجاه الحركة ( بتأثير وزن الجسم )
ب - قوة خارجية إضافية فى اتجاه معاكس للحركة ( تمثل مقاومة السطح الخشن للحركة )

السرعة الفعلية الناتجة من تأثير القوتين = 3 م/ث

طاقة الحركة الناتجة من تأثير القوتين المؤثرتين على الجسم ( وزن الجسم - مقاومة السطح الخشن )

= 1/2 * 0.1 كم * (3 م/ث)^2 = 0.45 جول

ملحوظة هامة :
يتلاحظ أنه بتأثير القوة الخارجية الحادثة أثناء الحركة ولم تكن موجودة عند البدء ، فقد أضافت الى الطاقة الكلية عند بدء الحركة شغلا مبذولا من تأثير هذه القوة الخارجية

الطاقة الكلية عند نهاية المستوى = الطاقة الكلية عند بدء الحركة + الشغل المبذول من تأثير القوة الخارجية الحادثة أثناء الحركة

0.98 جول + ( الشغل المبذول ضد مقاومة المستوي للحركه ) = طاقة الوضع عند نهاية المستوى + طاقة الحركة عند نهاية المستوى الناتجة من تأثير القوتين المؤثرتين على الجسم ( وزن الجسم - مقاومة السطح الخشن ) = 0 + 0.45 جول = 0.45 جول

الشغل المبذول ضد مقاومة المستوي للحركه = 0.45 جول - 0.98 جول = - 0.53 جول ( قيمة سالبة لأنها عكس اتجاه الحركة )

تنويه :

فى مسائل الديناميكا يعتمد الحل على تحديد القوى المؤثرة على الحركة واتجاهاتها وأزمنة تأثيرها

مفاهيم :

ما نطلق عليه طاقة الوضع فهى ترجمة خاطئة للمصطلح الأصلى Potential energy

والترجمة الصحيحة هى الطاقة الكامنة ، ويمكن تسميتها بالطاقة المخزّنة

والطاقة الكامنة Potential energy تعرف بأنها الطاقة المخزنة بالجسم نتيجة الشغل المبذول من قوة معينة مثل : قوة الجاذبية الأرضية ، القوة الكهربية بالكولون ، ...
لانتقالها من موضع لآخر ، فتتغير الطاقة الكامنة بالجسم نتيجة هذا التغير فى الوضع

والتغير الحادث فى الطاقة الكامنة يساوى الشغل المبذول

والطاقة الكامنة لها أشكال متعددة تبعا لنوعية القوة المحدثة للشغل

والشغل المبذول من كل نوع من القوى المؤثرة يعتبر طاقة كامنة

فالشغل المبذول من قوة الجاذبية الأرضية يسمى : الطاقة الكامنة للجاذبية الأرضية gravitational potential energy

والشغل المبذول من القوة المرنة ( مثل قوة ضغط زنبرك أو قوة شد خيط مطاطى ) ، يسمى : الطاقة الكامنة المرنة elastic potential energy


والشغل المبذول من القوة الكهربية بالكولون تسمى : الطاقة الكامنة الكهربية electric potential energy

والشغل المبذول من القوة المغناطيسية يسمى : magnetic potential energy

وإذا قامت بتغيير ترتيب الذرات والالكترونات فتسمى : الطاقة الكامنة الكيميائية Chemical potential energy

وهكذا الشغل المبذول من القوة النووية فيسمى : الطاقة الكامنة النووية nuclear potential energy

والشغل المبذول من القوة المرنة يسمى : الطاقة الكامنة المرنة elastic potential energy


أمثلة :

- عند رفع جسم من الأرض الى منضدة مرتفعة عن الأرض ، تعمل قوة الجاذبية الأرضية شغل بالسالب ( عكس اتجاه الحركة ) ، وفى حالة رجوع الجسم الى الأرض فتعمل قوة الجاذبية الأرضية شغلا مساو موجبا

- إذا وقع الجسم من المنضدة الى الأرض ، فالشغل يسمى الطاقة الكامنة ويعمل على تحريك الجسم ويسمى فى هذه الحالة " طاقة الحركة " kinetic energy

- عندما يصطدم الجسم بالأرض ( بدون ارتداد ) تتحول طاقة الحركة الى طاقة حرارية وطاقة صوتية نتيجة التصادم

- عندم يتم شد خيط مطاطى / زنبرك فتعمل قوة الشد على استطالة طول الخيط / الزنبرك ، هذا الشغل المبذول يعمل على انتقال الطاقة وتخزينها بالخيط / الزنبرك ، ويتحول الشغل المبذول الى طاقة مخزنة ( طاقة كامنة) elastic potential energy

- عند فك الشد على الخيط المطاطى فتتحول الطاقة الكامنة الى حركة ينشأ منها طاقة حركة Kinetic energy
فيطير الخيط فى الهواء ، وبالتالى فالطاقة الكامنة قد تحوّلت الى طاقة حركة

- لعبة الأطفال المسماة باليويو عند بدء السقوط ( لحظة سكون ) لأسفل نحو الأرض يكون بها طاقة مخزنة ( طاقة كامنة ) نتيجة وضعها بفعل قوة الجاذبية الأرضية ، وتكون الطاقة الكامنة أقصى قيمة فى هذا الوضع
وعندما تبدأ فى السقوط فيبدء تحول الطاقة الكامنة الى طاقة حركة
وعندما تكون فى أسفل وضع ، فتكون الطاقة المخزنة قد تحولت الى طاقة حركة ، وتكون طاقة الحركة أقصى قيمة فى هذا الوضع


وبتطبيق هذه المفاهيم على المسألة المعروضة :

عند لحظة بدء الحركة ( لحظة سكون ) :

الجسم أعلى المستوى المائل على ارتفاع 100 سم من مستوى الأرض

القوى المؤثرة على الجسم هى :

الوزن = 0.1 * 9.8 = 0.98 نيوتن ( واتجاه القوة رأسى لأسفل )

رد فعل المستوى على الجسم وهو مساو للوزن وفى عكس الاتجاه

كون الجسم يرتفع عن الأرض فتعمل قوة الجاذبية الأرضية شغلا يتم تخزينه فى الجسم كطاقة مخزنة ( طاقة كامنة ) = 0.98 نيوتن * 1 متر = 0.98 جول

أثناء الحركة للجسم :

عند تحرك الجسم فيبدء تحول الطاقة الكامنة الى طاقة حركة وتكسب الجسم حركة تتزايد كلما اقترب من مستوى الأرض ويقابلها نقص بنفس المقدار للطاقة الكامنة بفعل قوة الجاذبية الأرضية ( الطاقة المخزنة )

والقوى المؤثرة على الجسم هى :

الوزن = 0.1 * 9.8 = 0.98 نيوتن ( واتجاه القوة رأسى لأسفل )

رد فعل المستوى على الجسم وهو مساو للوزن وفى عكس الاتجاه

مقاومة السطح الخشن لحركة الجسم ( مع إهمال المقاومات الأخرى كمقاومة الهواء .. ) ولا تبدأ عملها إلا أثناء حركة الجسم الفعلية ، وهى عكس اتجاه الحركة
وتبذل شغلا ( بالسالب ) ويمكن تسميته بطاقة الحركة للمقاومة


عند وصول الجسم الى أسفل المستوى :

فتكون الطاقة المخزنة قد تحولت الى طاقة حركة ، وتكون طاقة الحركة أقصى قيمة فى هذا الوضع

والآن : ماهى القوى المؤثرة على الجسم التى بذلت شغلا لتحريكه وفاكتسب طاقة حركته ؟

قوة الوزن = 0.98 نيوتن ( واتجاه القوة رأسى لأسفل )
ومركبتها فى اتجاه الحركة = 0.98 جاهـ نيوتن
حيث زاوية هـ = زاوية ميل المستوى

قوة المقاومة فى عكس اتجاه الحركة ( غير معلومة )

الطاقة المخزنة عندما كان الجسم أعلى المستوى = طاقة الحركة الفعلية المكتسبة للجسم عند وصوله أسفل المستوى + طاقة مستنفذة ناتجة عن شغل قوة المقاومة والتى تحوّلت الى طاقة حرارية وصوتية

طاقة الحركة الفعلية = 1/2 * 0.1 * 3*2 = 0.45 جول

0.98 جول = 0.45 جول + الشغل المبذول من قوة المقاومة والتى تحولت الى طاقة حرارية وصوتية

الشغل المبذول من قوة المقاومة = 0.98 - 0.45 = 0.53 جول


ويمكن حل المسألة بقوانين الحركة لنيوتن :

القوى المؤثرة على الجسم وأكسبته الحركة فى اتجاه المستوى هى :

مركبة وزن الجسم فى اتجاه المستوى لأسفل = 0.1 * 9.8 * جاهـ = 0.98 جاهـ نيوتن
حيث زاوية هـ = زاوية ميل المستوى على الأفقى

قوة المقاومة فى اتجاه المستوى لأعلى = م = مجهولة

0.98 جاهـ - م = 0.1 ج
حيث ج = عجلة تسارع الجسم أثناء تحركه الى أسفل المستوى

الشغل المبذول من القوى المحركة = 0.1 ج* ف
حيث ف = مسافة التحرك فى اتجاه المستوى لأسفل = 0.1 / حاهـ

مربع سرعة الجسم أسفل المستوى = مربع السرعة الابتدائية + 2 ج * ف

3*2 = 0 + 2 ج * ف

ج = 9 /( 2 ف )

الشغل المبذول من القوى المحركة فى اتجاه الحركة = 0.1 *( 9/2 ف )* ف = 0.45

= 0.98 * ف جاهـ - م*ف = ( 0.98 * 1) - (الشغل المبذول من قوة المقاومة)

الشغل المبذول من قوة المقاومة = 0.98 - 0.45 = 0.53 جول