بحث عن حفظ الطاقة الميكانيكية شرح مفصل بالمعادلات مع 20 أمثلة

بحث عن حفظ الطاقة يعتبر مبدأ حفظ الطاقة من المبادئ الأساسية في مجال الفيزياء حيث يؤكد هذا المبدأ أن “الطاقة لا تزول ولا تفنى ولا تظهر فجأة من عدم بل تنتقل من حالة إلى أخرى” مما يعني أن مجموع الطاقة في نظام مغلق يظل دون تغيير ولا يختفي وتتنوع الطاقة في الأجسام لتشمل أنواع عدة مثل الطاقة الحركية والطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية والطاقة الميكانيكية.

قانون حفظ الطاقة الميكانيكية

يتماشى مبدأ حفظ الطاقة الميكانيكية مع مبدأ التحفظ العام للطاقة ولكنه محصور بالطاقة الميكانيكية التي تعتبر حصيلة الطاقة الحركية والطاقة الكامنة في الكتل وينقر هذا القانون بأن الطاقة الميكانيكية في نظام مغلق تظل ثابتة ولا تتغير قيمتها ما لم تأثر بها قوى الاستهلاك مثل الاحتكاك أو مقاومة الهواء التي تتسبب في إخراجها من النظام وتحويلها إلى أنواع طاقة أخرى.

• يخضع النظام الطاقي المغلق لمجموعة من التغيرات في صور الطاقة الميكانيكية حيث تتحول الطاقة من صورة الطاقة الكامنة إلى صورة الطاقة الحركية وبالعكس فعلى سبيل المثال يحتوي كل جسم على طاقة كامنة عندما يكون ساكنا والتي تعرف أيضا بأنها طاقة الجذب الكامنة أو طاقة الوضع وإذا تم إخضاع هذا الجسم لفعل قوة معينة فإن الطاقة الكامنة ستتحول إلى نوع آخر من الطاقة مثل الطاقة الحركية ويتم التعبير رياضيا عن قانون حفظ الطاقة الميكانيكية كما يلي:

الطاقة الميكانيكية= الطاقة الحركية+ طاقة الوضع

• بالرموز: طم = طح + طو حيث أن
• تعد الطاقة الميكانيكية وحدة تقاس بها العمل والطاقة والجول هو الوحدة القياسية لها.
• طح : الطاقة الحركية وتقاس بوحدة الجول.
• طو : طاقة الوضع وتقاس بوحدة الجول.
• يتألف الطاقة الميكانيكية من صنفين رئيسيين وهما كما يلي:

الطاقة الحركية

أو ما تعرف باللغة الإنجليزية باسم Kinetic energy تمثل الطاقة التي تتمتع بها الأجسام عندما تكون في حالة حركة وهذه الطاقة تعين تلك الأجسام على التحرك والانتقال من نقط

اقرأ أيضًا: برامج تعلم اللغة الانجليزية من الصفر مجانا

الطاقة الكامنة

والتي تعرف أيضا بالطاقة الجاهزية تمثل الطاقة التي تتخذها الأجسام نتيجة لتأثرها بحالة معينة يحدث هذا مثلا عندما يكتسب الجسم طاقة إضافية من جراء ارتفاعه فوق مستوى سطح الأرض أو نتيجة لتعرضه لعمليات مثل الضغط أو الانحناء أو السحب كما في حالة الأشرطة المطاطية تعرف هذه الطاقة أيضا بالطاقة الميكانيكية الجاهزية التي تحفظ داخل الأجسامة لأخرى ويمكن رؤية آثار هذه الطاقة بشكل واضح عندما تصطدم كرة في حركة بأي عائق.

أمثلة حياتية على قانون حفظ الطاقة

في الحياة العادية نصادف العديد من الحالات التي تجسد مبدأ المحافظة على الطاقة ومن هذه الأمثلة نذكر:

• اللمبة الكهربية: حين يتم تشغيلها يجري التيار الكهربي فيها مما ينتج عنه إنارتها حيث تتبدل الطاقة الكهربائية في هذه العملية إلى طاقة نورانية.
• حادث الاصطدام: عندما يحدث تصادم بين جسم يتحرك وآخر ثابت ينقل القوة من الجسم الذي كان يتحرك إلى الجسم الثابت مما يؤدي إلى تحرك الأخير من مكانه تظل الطاقة الحركية محفوظة ولا تختفي بشكل مفاجئ.
• هبوط الأجسام: تحتفظ الأجسام بطاقة مخزنة حينما تتواجد على مستوى مرتفع فوق سطح الأرض وعندما تهوي هذه الأجسام هبوطا غير مقيد من مكانها تخضع لتأثير قوي لجذب الأرض (الجاذبية) مما يؤدي إلى تحول هذه الطاقة من كونها طاقة محتجزة إلى طاقة حركية.
• اشتعال الأخشاب: الطاقة المختزنة داخل الأخشاب تنطلق على شكل نور وحرارة عند احتراق الخشب.
• دق الطبول: يمنح دق الطبول لها طاقة الحركة وهذه الطاقة تتحول بشكل مستمر من خلال الدق إلى طاقة صوتية.
• الطاقة الكهربائية وتحولاتها: تتضمن البطارية عناصر كيميائية داخل خلاياها وعند حدوث تفاعلات كيميائية محددة بها تنشأ الطاقة الكيميائية والتي تنتقل فيما بعد إلى شكل طاقة كهربائية يمكن استخدامها.

اقرأ أيضًا: بحث عن العمل الحر ومجالاته وسلبياته

قانون بقاء الطاقة في الديناميكا الحرارية

كل نظام حراري ديناميكي يشمل كمية معينة من الطاقة وهذه الطاقة تتألف من مكون خارجي

• {displaystyle E_{a}} وجزء داخلي 
• {displaystyle E_{i}} يسمى طاقة داخلية.
• تتألف الطاقة الإجمالية لأي نظام من مجموع طاقات الأجزاء المكونة له، مع ذلك، عندما نبحث في الديناميكا الحرارية كيمياء، نتجاهل طاقة النظام الخارجية وتعاملها كأنها معدومة أو تساوي الصفر.
• نضع الاعتبار أن ({displaystyle mathrm {d} E_{alpha}=0})، ونتناول النظر في التحولات التي يمكن أن تطرأ على الطاقة الداخلية بأشكال متنوعة ومن خلال هذا النهج توصل العلماء إلى صوغ القانون الأول لعلم الحركة الحرارية يعبر القانون الأول لعلم الحركة الحرارية عن المبدأ القائل بأن:
• “خصائص المواد المشكلة لأي نظام تعكس طاقته الداخلية وهذه الطاقة غير قابلة للتولد أو التدمير وتمثل الطاقة الداخلية مؤشراً لحالة النظام.