الفيزياء

الحركة التوافقية البسيطة وقانون حفظ الطاقة

2015 علوم القرن الـ21 الطاقة والمادة

براون بير

k

قانون حفظ الطاقة الحركة التوافقية البسيطة الفيزياء

تمثل حركة البندول المتأرجح حركة دورية أو حركة اهتزازية – الحركة التي تتكرر خلال دورة زمنية.

إذا رسمنا إزاحة الثقل المعلق بالبندول عن موضع الاتزان مقابل الزمن نحصل على شكل موجي يعرف بدالة جيبية. نحصل على النتيجة نفسها إذا رسمنا إزاحة ثقل مثبت بزنبرك معلق رأسيا مقابل الزمن.

تُسمى الحركة التي تأخذ الإزاحة مقابل الزمن فيها شكل دالة جيبية بالحركة التوافقية البسيطة (SHM).

ويُعرف الزمن اللازم لإتمام دورة واحدة بالزمن الدوري للحركة، كما تُعرف الإزاحة القصوى عن موضع الاتزان – الإزاحة الجانبية لمثال البندول وإلى الأعلى أو الأسفل لمثال الزنبرك الرأسي – بسعة الاهتزازة.

هناك أمثلة عدة أخرى في الفيزياء على الحركة التوافقية البسيطة من بينها الاهتزاز السريع للفولتية (فرق الجد الكهربائي) للتيار الكهربائي المتناوب أو الموجات الراديوية.

 

البندول

في بعض النُظم تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركة وبالعكس بشكلٍ مستمر. من بين الأمثلة على هذه النُظم البندول والذي يتكون من ثقلٍ مربوط في نهاية ساق أو خيط.

عند أقصى إزاحة لتأرجح الثقل تتكون الطاقة الكلية من طاقة وضع فقط. ومع حركة الثقل إلى الأسفل يقل ارتفاعه عن نقطة الاتزان بشكل تدريجي، وبذلك تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركة.

عند أدنى نقطة للحركة يمتلك الثقل طاقة حركة فقط. ومع ارتفاع الثقل في النصف الآخر من مسار تأرجحه يستعيد تدريجياً طاقة وضعه.

يسكن الثقل لحظياً عند أقصى نقطة للتأرجح ولا يمتلك طاقة حركة، وهو في هذا الموضع مستعدٌ للتأرجح إلى الأسفل وتكرار الحركة.

 

قانون حفظ الطاقة

يبقى مجموع طاقتي الوضع والحركة ثابتاً حتى في الأنظمة المهتزة. تعتبر هذه الملاحظة مثالاً على مبدأ مهم وأعم في الفيزياء يُعرف بقانون حفظ الطاقة.

ينص القانون على بقاء الطاقة الكلية لأي نظام ثابتاً حتى إن تحول نوعٌ من أنواعها إلى نوع آخر.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
Loading cart ⌛️ ...
إغلاق
إغلاق