الفيزياء فصل أول

•  الطاقة Energy : مقدرة الجسم على بذل شغل، وهي كمّية قياسية تُقاس بوحدة الجول ( joule ).
• للطاقة أشكال متعدّدة تنحصر في نوعين رئيسين، هما: الطاقة الحركية، والطاقة الكامنة (طاقة الوضع). 
• الطاقة الحركية: الطاقة المرتبطة بحركة جسم، وتعتمد على كلّ من: كتلة الجسم ( m) ومقدار سرعته ( v)، ويُعبّر عنها بالعلاقة الآتية: 

                    $KE = \frac{1}{2} m{v}^2$

• مبرهنة (الشغل - الطاقة الحركية): الشغل الكلي يساوي التغيّر في طاقته الحركية :

                                             $W_{Total }= ∆KE$

• يزداد مقدار سرعة  الجسم عندما يكون الشغل الكلّي المبذول عليه موجبًا؛ حيث الطاقة الحركية النهائية أكبر من الطاقة الحركية الابتدائية.
• يتناقص مقدار سرعة الجسم عندما يكون الشغل الكلّي المبذول عليه سالبًا؛ حيث الطاقة الحركية النهائية أقل من الطاقة الحركية الابتدائية

 

• الطاقة الكامنة أو طاقة الوضع هي طاقة مختزنة    بتأثير قوة خارجية في نظام مكوّن من جسمين أو أكثر.

                                                                $W_F = F_{ext} \Delta y \cos 0˚ = mg (y_f - y_i) = mg y_f - mg y_i$

• طاقة الوضع الناشئة عن الجاذبية : الطاقة المختزنة في نظام (جسم - الأرض) نتيجة موقع الجسم في مجال الجاذبية، ورمزها PE ، يُعبّر عن

          بالعلاقة:  

                                                                                 $PE = mgy$                                                         

• الشغل المبذول على جسم عند تحريكه بين موقعين في مجال الجاذبية، يعتمد فقط على التغيّر في الارتفاع الرأسي بين الموقعين،

          ولا يعتمد على المسار الذي يسلكه الجسم بينهما.

 

• عند حركة جسم رأسيًّا إلى أعلى تكون إزاحته موجبة (Δy > 0)؛ لذا، يكون التغيّر في طاقة وضعه موجبًا أيضًا؛ (ΔPE > 0)
• أمّا شغل قوّة الجاذبية عليه خلال الإزاحة نفسها فيكون سالبًا؛ Wg = -mgΔy) )؛ لأنّ اتّجاه إزاحة الجسم إلى أعلى يكون معاكسًا

                لاتّجاه تأثير قوّة الجاذبية فيه إلى أسفل.

• وإذا تحرك الجسم رأسيًّا إلى أسفل فستكون ( Δy < 0 )؛ لذا، يكون (ΔPE < 0)، أمّا شغل قوّة الجاذبية عليه خلال الإزاحة نفسها

              فيكون موجبًا؛ (Wg = mgΔy)؛ لأنّ قوّة الجاذبية والإزاحة في الاتّجاه نفسه.

• يُسمّى مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع الطاقة الميكانيكية، ويُعبّر عنها بالمعادلة الآتية:

                                                                                        ME = KE + PE

• حفظ الطاقة الميكانيكية: عندما تتحرّك كرة قريبًا من سطح الأرض، يكون مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع الناشئة عن الجاذبية

         لنظام (الكرة - الأرض) محفوظًا عند إهمال مقاومة الهواء، ويساوي مقدارًا ثابتًا، حيث:

                                                                         ME = KE + PE = constant

• وبتغيّر ارتفاع الكرة عن سطح الأرض، تتحوّل طاقة الوضع إلى طاقة حركية عند حركتها إلى أسفل (نحو الأرض )

      أو تتحوّل الطاقة الحركية الى طاقة وضع عند حركتها إلى أعلى، بينما تبقى الطاقة الميكانيكية ثابتة ما دامت الكرة تتحرّك تحت

        تاثير قوّة الجاذبية فقط.

• تُصنّف القوى إلى قوى محافظة وقوى غير محافظة. وللقوّة المحافظة خصيصتان، هما:

1. شغلها المبذول على جسم لتحريكه بين أيّ موقعين، لا يعتمد على
المسار الذي يسلكه الجسم بينهما.
2. شغلها المبذول على جسم لتحريكه عبر مسار مغلق يساوي صفرًا.

• تُعطى الطاقة الميكانيكية بالعلاقة :

                                                        $M{E}_i = M{E}_f \Rightarrow ∆ME=0$

      تصف العلاقة السابقة حفظ الطاقة الميكانيكية في ظل وجود قوى محافظة فقط تبذل شغلًا، إذ تبقى الطاقة الميكانيكية للنظام ثابتة.

• عند تأثير قوّة غير محافظة في جسم وبذلها شغلً عليه؛ فإنّ طاقته الميكانيكية تصبح غير محفوظة، ويُعبّر عن شغل القوى غير المحافظة

        بالعلاقة الآتية: 

                                                                    $W_{nc} = ∆ME$

   حيث ( W_nc ) الشغل التي تبذله القوى غير المحافظة. فمثلًا، يُعبّر عن شغل قوّة الاحتكاك ( W_f ) بالعلاقة الآتية:

                                                               $W_f =∆ME =-f_{k}d$
   حيث ( d) طول المسار الذي تحّركه الجسم تحت تأثير قوّة الاحتكاك الحركي.