ينص قانون الحفاظ على الطاقة على أنه لا يمكن إنشاء أو تدمير الطاقة ، ولكن يمكن أن تتغير من شكل واحد من أشكال الطاقة إلى شكل آخر.
الأنشطة التي نقوم بها كل يوم هي تغييرات في الطاقة من شكل إلى آخر.
وفقًا لتعريف قاموس كامبريدج ، فإن الطاقة هي القدرة على القيام بعمل ينتج عنه ضوء أو حرارة أو حركة أو وقود أو كهرباء مستخدمة للطاقة.
على سبيل المثال ، عندما نأكل ، نقوم بتحويل الطاقة الكيميائية من الطعام إلى الطاقة التي نستخدمها للتحرك. ومع ذلك ، فإن هذه الطاقة لن تتغير عندما لا نزال. ستستمر الطاقة في الوجود. فيما يلي صوت قانون الحفاظ على الطاقة.
فهم قانون حفظ الطاقة
"كمية الطاقة في نظام مغلق لا تتغير ، ستبقى كما هي. لا يمكن إنشاء هذه الطاقة أو تدميرها ، لكنها يمكن أن تتغير من شكل إلى آخر "
مؤسس قانون الحفاظ على الطاقة هو جيمس بريسكوت جول ، وهو عالم من إنجلترا ولد في 24 ديسمبر 1818.
قانون حفظ الطاقة الميكانيكية هو مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة. الطاقة الكامنة هي الطاقة الموجودة في الجسم لأن الجسم يقع في مجال القوة. وفي الوقت نفسه ، الطاقة الحركية هي الطاقة التي تسببها حركة جسم له كتلة / وزن.
فيما يلي كتابة صيغة الطاقتين.
معلومات
E K = الطاقة الحركية (جول)
E P = الطاقة الكامنة (جول)
م = الكتلة (كلغ)
ت = السرعة (م / ث)
ز = الجاذبية (م / ث 2)
ح = ارتفاع الجسم (م)
جميع وحدات كمية الطاقة هي الجول (SI). علاوة على ذلك ، في الطاقة الكامنة ، العمل بهذه القوة يساوي التغيير السلبي في الطاقة الكامنة للنظام.
من ناحية أخرى ، النظام الذي يشهد تغيرًا في السرعة ، فإن الجهد الإجمالي الذي يعمل على هذا النظام يساوي التغير في الطاقة الحركية. نظرًا لأن القوة العاملة ليست سوى قوة محافظة ، فإن الجهد الإجمالي على النظام سيكون مساويًا للتغيير السلبي في الطاقة الكامنة.
إذا قمنا بدمج هذين المفهومين ، فستظهر حالة يكون فيها التغيير الكلي في الطاقة الحركية والتغير في الطاقة الكامنة مساوياً للصفر.
من المعادلة الثانية ، يمكن ملاحظة أن مجموع الطاقة الحركية الأولية والطاقات المحتملة هو نفسه مجموع الطاقات الحركية والطاقات المحتملة النهائية.
اقرأ أيضًا: عناصر الفنون الجميلة (كاملة): الأساسيات والصور والشروحاتمجموع هذه الطاقة يسمى الطاقة الميكانيكية. تكون قيمة هذه الطاقة الميكانيكية ثابتة دائمًا ، بشرط أن تكون القوة المؤثرة على النظام قوة محافظة.
صيغة قانون حفظ الطاقة
يجب أن تكون كل طاقة كاملة في النظام (أي الطاقة الميكانيكية) هي نفسها دائمًا ، وبالتالي فإن الطاقة الميكانيكية قبلها وبعدها لها نفس الحجم. في هذه الحالة يمكن التعبير عنها كـ
مثال على قانون حفظ الطاقة
1. الفاكهة على شجرة ساقطة
عندما تكون الثمرة على البوهم ، فإنها ستبقى ثابتة. سيكون لهذه الفاكهة طاقة كامنة بسبب ارتفاعها عن الأرض.
الآن إذا سقطت الفاكهة من الشجرة ، فإن الطاقة الكامنة ستبدأ في التحول إلى طاقة حركية. ستبقى كمية الطاقة ثابتة وستكون إجمالي الطاقة الميكانيكية للنظام.
قبل أن تصل الثمرة إلى الأرض مباشرة ، ستنخفض الطاقة الكامنة الكلية للنظام إلى الصفر وستكون لها طاقة حركية فقط.
2. محطة الطاقة المائية
تستخدم الطاقة الميكانيكية من المياه المتساقطة من الشلال لتشغيل التوربينات في قاع الشلال. يستخدم دوران التوربينات هذا لتوليد الكهرباء.
3. محرك بخاري
تعمل المحركات البخارية على البخار وهو طاقة حرارية. يتم تحويل هذه الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية تستخدم لتشغيل القاطرة. هذا مثال على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية
4. طواحين الهواء
تتسبب الطاقة الحركية للرياح في دوران الشفرات. تقوم طواحين الهواء بتحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية.
5. لعبة بندقية السهم
يحتوي مسدس السهم على زنبرك يمكنه تخزين الطاقة المرنة عندما يكون في وضع مضغوط.
سيتم إطلاق هذه الطاقة عندما يتمدد الربيع ، مما يؤدي إلى تحرك السهم. وبذلك يتم تحويل الطاقة المرنة للنابض إلى طاقة حركية للسهم المتحرك
6. لعبة الكرات
عند اللعب بالرخام ، تنتقل الطاقة الميكانيكية من الأصابع إلى الرخام. يتسبب هذا في تحرك قطعة الرخام والسير لمسافة قبل أن تتوقف.
اقرأ أيضًا: الموصلات - الأوصاف والرسومات والأمثلةمثال على قانون حفظ الطاقة
1. أسقطت Yuyun مفتاح محرك من ارتفاع مترين بحيث سقط المفتاح المتحرك بحرية تحت المنزل. إذا كان التسارع الناتج عن الجاذبية في ذلك المكان هو 10 م / ث 2 ، فإن السرعة الرئيسية بعد التحرك 0.5 متر من الموضع الأولي هي
تفسير
ح 1 = 2 م ، ع 1 = 0 ، ز = 10 م / ث 2 ، ع = 0.5 م ، ع 2 = 2 - 0.5 = 1.5 م
ت 2 =؟
بناء على قانون حفظ الطاقة الميكانيكية
إم 1 = إم 2
الحلقة 1 + Ek 1 = الحلقة 2 + Ek 2
mgh 1 + mv 1 2 = mgh 2 + m.v 2 2
م. 10 (2) + 0 = م. 10 (1،5) + m.v 2 2
20 م = 15 م + ½ م ع 2 2
20 = 15 + ع 2 2
20-15 = v 2 2
5 = ½ ع 2 2
10 = ت 2 2
ع 2 = √10 م / ث
2. كتلة تنزلق من أعلى مستوى زلق مائل للوصول إلى قاعدة المستوى المائل. إذا كان ارتفاع الجزء العلوي من المستوى المائل على ارتفاع 32 مترًا فوق سطح الأرض ، فإن سرعة الكتلة عند وصولها إلى أسفل المستوى تكون
تفسير
ح 1 = 32 م ، ع 1 = 0 ، س 2 = 0 ، ز = 10 م / ث 2
ت 2 =؟
وفقا لقانون حفظ الطاقة الميكانيكية
إم 1 = إم 2
الحلقة 1 + Ek 1 = الحلقة 2 + Ek 2
mgh 1 + mv 1 2 = mgh 2 + m.v 2 2
م. 10 (32) + 0 = 0 + m.v 2 2
320 م = ½m.v 2 2
320 = ع 2 2
640 = ع 2 2
ع 2 = -640 م / ث = 8 √10 م / ث
3. يُرمى حجر كتلته 1 كجم عموديًا لأعلى. عندما يكون الارتفاع 10 أمتار من الأرض ، تصل سرعته إلى 2 م / ث. ما هي الطاقة الميكانيكية للمانجو في ذلك الوقت؟ إذا كانت g = 10 م / ث 2
تفسير
م = 1 كجم ، ع = 10 م ، ع = 2 م / ث ، ج = 10 م / ث 2
وفقا لقانون حفظ الطاقة الميكانيكية
E M = E P + E K
E M = mgh + ½ m v2
ه م = 1. 10. 10 + ½. 1. 22
ه م = 100 + 2
E M = 102 جول
هذا هو وصف قانون الحفاظ على الطاقة ومشاكله وتطبيقاته في الحياة اليومية. نأمل أن تكون مفيدة.