التعريف بالطاقة الكامنة
تُعرف الطاقة الكامنة (بالإنجليزية: Potential Energy) أيضًا باسم طاقة الوضع أو طاقة الارتفاع، وهي مفهوم يستخدم في دراسة الأنظمة الميكانيكية، ويمكن تعريفها بأنها الطاقة الإجمالية التي يمتلكها الجسم وهو في حالة السكون، أي بسبب حالته أو وجوده في موقع محدد، وهي تعد شكلًا من أشكال الطاقة المُخزنة، والتي يمكن تحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة واستخدامها في عملٍ ما.[١][٢][٣]
وحدة قياس الطاقة الكامنة
تُقاس الطاقة الكامنة بنفس وحدة قياس الطاقة؛ وذلك لأنها تعد شكلًا من أشكالها، وهذا يعني أنها تُقاس بوحدة الجول في النظام العالمي للوحدات (SI)، والتي يرمز لها بالرمز (J)، مع الإشارة إلى أن الجول هي الوحدة القياسية للطاقة في هذا النظام.[١][٣]
أنواع الطاقة الكامنة وطرق حسابها
فيما يأتي توضيح لأنواع الطاقة الكامنة الأكثر شيوعًا، وطريقة حساب كل منها:
الطاقة الكامنة الجاذبية
النوع الأكثر شيوعًا من أنواع الطاقة الكامنة هو الطاقة الكامنة الجاذبية، والتي تعرف أيضًا باسم طاقة وضع الجاذبية، وهي الطاقة التي تنشأ نتيجة لقوة الجاذبية بين الأجسام، على سبيل المثال، عندما يكون الكتاب موضوعًا على الرف، فإنه يحمل طاقة كامنة جاذبية بسبب وضعه على الرف أي فوق الأرض، وعندما يتم رفع الكتاب إلى ارتفاع أعلى، تزداد طاقته الكامنة، أما عندما يتم إنزاله لأسفل، فإن طاقته الكامنة تقل.[١][٢]
يمكن حساب الطاقة الكامنة الجاذبية لجسم قريب من سطح الأرض باستخدام العلاقة الرياضية الآتية:
الطاقة الكامنة الجاذبية (أو طاقة وضع الجاذبية) = كتلة الجسم × تسارع الجاذبية الأرضية × ارتفاع الجسم
بالرموز:
PE = mgh
حيث إن:
- PE: الطاقة الكامنة الجاذبية، وتقاس بوحدة الجول.
- m: كتلة الجسم وتقاس بوحدة الكيلو غرام.
- g: تسارع الجاذبية الأرضية، وهو ثابت يقدر بحوالي 9.8 متر لكل ثانية تربيع قرب سطح الأرض.
- h: ارتفاع الجسم أو المسافة الرأسية فوق نقطة مرجعية، مثل سطح الأرض، ويقاس بوحدة المتر.
يظهر من خلال العلاقة الرياضية السابقة أن الطاقة الكامنة للجسم تزداد بزيادة كتلته، وارتفاعه عن سطح الأرض أو عن أي نقطة مرجعية أخرى يتم تحديدها.
جسم كتلته 4 كيلو غرام، تم رفعه إلى ارتفاع 10 أمتار فوق سطح الأرض، احسب الطاقة الكامنة المختزنة فيه.
PE = mgh
PE = 4 × 9.8 × 10
PE = 392 جول
الطاقة الكامنة المرونية
تعرف الطاقة الكامنة المرونية أو الطاقة الكامنة المرنة بأنها طاقة الوضع الخاصة بالمواد المرنة بشكل عام، مثل المطاط والأجسام المضغوطة أو الممدودة، فعند تشوه المادة المرنة، يتم تخزين الطاقة الكامنة فيها، والتي يمكن أن تحرر عندما تعود المادة إلى شكلها الأصلي، علمًا بأن صيغة حساب الطاقة الكامنة المرونية تعتمد على المادة والتشوه الذي حدث فيها، ولكن بشكل عام يمكن حسابها للزنبرك باستخدام العلاقة الرياضية الآتية:[٣]
الطاقة الكامنة المرونية = 1/2 × ثابت الزنبرك × مربع مقدار التغير في طول الزنبرك
بالرموز:
(PE) = (1/2) × k × x^2
حيث إن:
- PE: الطاقة الكامنة المرونية
- k: ثابت الزنبرك
- x: مقدار التغير في طول الزنبرك
زنبرك يتمدد بمقدار 0.1 متر، عندما يتعرض لقوة مطبقة عليه تساوي 50 نيوتن، ولنفترض أن قيمة الثابت المروني للزنبرك هو 200 نيوتن/متر، أوجد الطاقة الكامنة المرونية له.
PE = (1/2) * k * x^2
PE = (1/2) * 200 * (0.1)^2
PE = (1/2) * 200 * 0.01
PE = 1 * 0.01
PE = 0.01 جول
المراجع
- ^ أ ب ت "Potential Energy", hyperphysics.phy-astr.gsu, Retrieved 6/8/2023. Edited.
- ^ أ ب "Potential energy", khanacademy, Retrieved 6/8/2023. Edited.
- ^ أ ب ت "Potential Energy", byjus, Retrieved 6/8/2023. Edited.
