الفيزياء

نبذة تعريفية عن “طاقة الوضع” وأشكالها

2011 طاقة الحركة والوضع – فهم التغيرات داخل الأنظمة الفيزيائية

جنيفر فيغاس

KSAG

طاقة الوضع أشكال طاقة الوضع الفيزياء

يملك الطعام والوقود في حد ذاتهما القليل فقط من الطاقة، إن وجدت.

وعلى سبيل المثال يظل طبق الفواكه أو صفيحة غازولين من دون حركة أو نشاط حيوي ظاهر ما لم تقم بتحريكهما، لكن إذا تناولت الفاكهة ستمدّك بالطاقة اللازمة لحركتك.

وعندما يقوم عامل محطة الوقود بضخ الغازولين في خزان وقود السيارة، فإنه يزودها بالطاقة اللازمة لتشغيلها. فالطعام والغازولين مثالان عن المواد التي تحتوي على طاقة وضع.

 

طاقة الوضع 

لابدّ أنكم سمعتم في وقت من الأوقات أحد أصدقائكم أو أفراد عائلتكم، أو ربما جاء على لسانكم شخصياً، حديثاً يصف "الإمكانات الوفيرة" للإشارة إلى القدرة الموجودة للقيام بعمل ما، وهذا يعني أن أولئك الذين يمتلكون هذه الإمكانات لم يحققوا بعد نجاحاً كاملاً مع أنهم يمتلكون المقدرة على التفوق في المستقبل، و"طاقة الوضع" تشبه هذا المثال.

إن طاقة الوضع هي الطاقة المختزنة داخل جسم من الأجسام، والتي تتوقف على وضع هذا الجسم (أو حاله)، لا على حركته؛ لذلك تُعرف الطاقة الكامنة أيضاً باسم "طاقة الوضع".

وتشير عبارة "الطاقة المختزنة" إلى أن الجسم المقصود يملك طاقة وضع تمكنه من العمل، وبعبارة أخرى، يمكن لهذه الطاقة المختزنة أن تتحرر.

 

ولكي تفهم كيفية عمل طاقة الوضع حاول القيام بهذه التجربة: ضع أمامك حلقة مطاطية، ستجد أن هذه الحلقة المطاطية تظل في مكانها  ما لم تقم بتحريكها.

ضع الحلقة المطاطية الآن فوق الطرف العلوي من إصبع السبابة وشدّ الحلقة بواسطة إبهام وسبابة اليد الثانية. لقد قمت من خلال هذا العمل بتزويد الحلقة المطاطية بطاقة وضع.

 

مادمت ممسكاً بالحلقة المطاطية مشدودة بهذه الطريقة فإن لها طاقة وضع تجعلها تملك القدرة على الحركة.

تأكد من عدم وجود أحد أمامك وعدم وجود أي أشياء أخرى قابلة للكسر في طريق الحلقة المطاطية قبل أن تحررها .

 

طاقة الوضع المرنة

تمثل تجربة الحلقة المطاطية أحد أمثلة طاقة الوضع المرنة، إذ يمكن تخزين هذا النوع من الطاقة في اللدائن القابلة للشد أو الضغط.

ويلجأ عشاق المغامرات إلى استخدام هذا النوع من الطاقة عند القفز من الجسور العالية والارتفاعات الشاهقة بعد ربطهم بحبال مطاطية والاستعانة بتجهيزات خاصة ومساعدة الأشخاص الاحترافيين.

 

وعندما يصل رياضي القفز بالحبال المطاطية إلى الحد النهائي في أسفل القفزة تقوم طاقة الوضع التي تنشأ في الحبل المطاطي بقذف ذلك الرياضي في الهواء وتعيده نحو الأعلى ثانية.

وتستخدم منصات الترامبولين البهلوانية طاقة الوضع المرنة؛ لأن سطح المنصة المشدود يعمل كحلقة مطاطية.

 

فعندما نقفز في الهواء ونعود إلى سطح المنصة ثانية نقوم بتزويد مادة هذا السطح المطاطي بالطاقة المختزنة بحيث يصبح لها طاقة وضع تجعلنا نرتد بالقفز نحو الأعلى مرة ثانية.

وتعمل النوابض بالطريقة نفسها تقريباً، باستثناء إمكانية انضغاطها، ما يؤدي إلى منحها طاقة وضع.

 

طاقة الوضع الكيميائية

تمثل طاقة الوضع الكيميائية شكلاً آخر من أشكال طاقة الوضع، ولم يعرف العلماء الكثير عن هذه الطاقة حتى زمن قريب، غير أن التقدم الذي شهده علم فيزياء الجسيمات الدقيقة مكّن العلماء من فهم أفضل للطاقة الموجودة على المستوى الذرّي.

فقد تبيّن أن الروابط بين الذرّات تختزن طاقة وضع، إذ تتكوّن هذه الروابط من الإلكترونات (جسيمات دون ذرّية دقيقة ذات شحنة كهربائية سالبة) والفروق في الشحنات الإلكترونية.

 

إن الإلكترونات في حدّ ذاتها لا توفر أي طاقة وضع، وإنما الروابط فيما بين الذرّات هي التي تُعدّ كمصدر لطاقة الوضع، فالطعام والبطاريات والغاز والفحم الحجري جميعها أمثلة على طاقة الوضع الكيميائية.

عندما نتناول قطعة فاكهة مثلاً يقوم جهازنا الهضمي بتفكيك المكوّنات الغذائية المختزنة داخل هذه الفاكهة. وإذا قمنا بممارسة نشاط ما من دون أن نتناول أي طعام لفترة طويلة نسبياً.

 

فقد تستخدم أجسامنا هذه الطاقة مباشرة كي تمدّنا بالطاقة اللازمة، وإن لم يحدث ذلك، يمكن أن تُختزن الطاقة الكامنة في قطعة الفاكهة لاستخدامات أخرى في المستقبل.

وهذا هو أحد الأسباب التي تفسر زيادة الوزن عندما نتناول كميات زائدة من الطعام، حيث تقوم أجسامنا باختزان الطاقة الزائدة على شكل شحوم تصبح مصدراً لطاقة وضع كيميائية داخل الجسم.

 

طاقة الوضع التجاذبية

ثمة نوع آخر من طاقة الوضع مصدرها الجاذبية المتمثلة بقوة الجذب التي تملكها جميع الأجسام الكتلية نحو بعضها بعضاً.

والكتلة هي كمية المادة التي تحويها الكائنات الحية والجماد على حدٍ سواء، فكتلة أي منا على الأرض تعادل وزننا، ولو تسنى لك القيام برحلة إلى القمر فإن كتلتك تظل على حالها دونما تغيير.

لكن وزنك يصبح مختلفاً، وسبب ذلك هو أن وزننا على الأرض يقاس بمقدار انجذابنا نحو الأرض وانجذاب الأرض إلينا.

 

فإذا كان وزنك 100 رطل، أي (45.36 كيلوغراماً)، على الأرض، سيكون وزنك على القمر أكثر قليلاً من 17.64 رطل، أي (8 كيلوغرامات)؛ لأن تأثير جاذبية القمر أقل من جاذبية الأرض.

عندما نقوم بالتقاط جسم ما مثل ممحاة فإننا نمنح الممحاة طاقة وضع تجاذبية، وإذا أفلتنا الممحاة تسقط على الأرض بفعل الجاذبية، فهذا يعني أننا منحنا الممحاة طاقة وضع كي تتحرك عندما قمنا برفعها.

لذلك نستطيع القول إن طاقة الوضع التجاذبية هي الطاقة المختزنة داخل جسم ما بسبب ارتفاعه أو وضعه العمودي، وكي نحدد مقدار الطاقة التجاذبية لجسم من الأجسام، يجب أن ندرك ثلاث حقائق وهي: كتلة الجسم، وارتفاعه، وتسارع الجاذبية.

 

يساوي تسارع الجاذبية على الأرض 32 قدماً لكل ثانية تربيع، أو (32ft/s2)، وعندما نحسب هذه النقاط البيانية الثلاث معاً.

تنشأ معادلة تتعلق بحساب طاقة الوضع التجاذبية، بحيث تصبح هذه المعادلة كالآتي: (طاقة الوضع التجاذبية)= mgh، حيث يرمز الحرف (m) إلى الكتلة و(g) إلى تسارع الجاذبية و(h) إلى الارتفاع.

 

الجول

يُمثل الرمز (J) أحد الرموز الأخرى المرتبطة بطاقة الوضع، حيث يشير (J) إلى "جول"، وهي وحدة طاقة على نظام القياس المتري المُستخدم في قياس الشغل او الطاقة.

ويعادل الجول الواحد مقدار الشغل المبذول عندما يقوم نيوتن واحد (أو 0.225 رطل)، أي (0.1 كيلوغرام)، من القوة بتحريك جسم بمقدار (3 أقدام)، أي (متر واحد)، باتجاه القوة.

وبما أن وحدة الجول تستخدم أيضاً لقياس جميع أشكال الطاقة، بما في ذلك الطاقة الحرارية، فمن الممكن استخدامها بدلاً من السعرات الحرارية، حيث يعادل الجول الواحد (0.239 سعرة حرارية).

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق