طاقة الوضع:
طاقة الوضع هي نوع من الطاقة الكامنة في جسم ما بسبب وضعه أو حالته. وتُقاس طاقة الوضع بالجول (Joule)، وهو وحدة قياس الطاقة في النظام الدولي للوحدات.
أنواع طاقة الوضع:
يمكن أن تكون طاقة الوضع من عدة أنواع، منها:
- طاقة وضع الجاذبية:
هي الطاقة التي يمتلكها جسم ما بسبب وضعه في مجال جاذبية. فمثلاً، يمتلك جسم ما طاقة وضع أكبر إذا كان مرتفعًا عن سطح الأرض.
- طاقة وضع المرونة:
هي الطاقة التي يمتلكها جسم ما بسبب تمدده أو تشويهه. فمثلاً، يمتلك نابض مشدود طاقة وضع مرونة.
- طاقة وضع الكهربائية:
هي الطاقة التي يمتلكها جسمان كهربائيان بسبب وجودهما في مجال كهربائي. فمثلاً، تمتلك شحنتين كهربائيتين متماثلتين طاقة وضع كهربائية متبادلة.
- طاقة وضع النووية:
هي الطاقة التي يمتلكها نواة الذرة بسبب تفاعلاتها النووية. فمثلاً، تمتلك نواة اليورانيوم طاقة وضع نووية كبيرة.
يمكن تحويل طاقة الوضع إلى طاقة حركة، أو إلى أشكال أخرى من الطاقة. فمثلاً، إذا سقط جسم من ارتفاع ما، فإن طاقة وضعه تتحول إلى طاقة حركة.
يُعد مفهوم طاقة الوضع مفهومًا مهمًا في الفيزياء، حيث يُستخدم في العديد من المجالات، مثل الديناميكا الحرارية، والميكانيكيات، والطاقة النووية.
تمارين تطبيقية:
فيما يلي بعض التمارين حول طاقة الوضع:
التمرين 1:
كتلة جسم ما 10 كيلوجرام، وارتفاعه عن سطح الأرض 5 أمتار. ما مقدار طاقة وضع الجاذبية للجسم؟
الحل:
PE = mgh
حيث:
PE هي طاقة وضع الجاذبية بالجول.
m هي كتلة الجسم بالكيلجرام.
g هي عجلة الجاذبية الأرضية، تساوي 9.81 م/ث^2.
h هو ارتفاع الجسم عن سطح الأرض بالمتر.
PE = 10 * 9.81 * 5 = 490.5 J
التمرين 2:
كتلة جسم ما 5 كيلوجرام، وطول نابض مشدود 20 سم. ما مقدار طاقة وضع المرونة النابض؟
الحل:
PE = \frac{1}{2}kx^2
حيث:
PE هي طاقة وضع المرونة بالجول.
k هي ثابت المرونة للنبض بالنيوتن/متر.
x هو الإطالة أو التقلص للنبض بالمتر.
PE = \frac{1}{2} * 1000 * (0.2)^2 = 20 J
التمرين 3:
شحنة كهربائية مقدارها 10 ميكروكولوم تقع على بعد 10 سنتيمترات من شحنة كهربائية مقدارها 20 ميكروكولوم. ما مقدار طاقة وضع الكهربائية المتبادلة للشحنتين؟
الحل:
PE = \frac{1}{4\pi \epsilon_0} \frac{q_1 q_2}{r}
حيث:
PE هي طاقة وضع الكهربائية المتبادلة بالجول.
\epsilon_0 هي ثابت العزل الكهربائي، يساوي 8.854 * 10^-12 فاراد/متر.
q_1 وq_2 هما مقدار الشحنتين بالكولن.
r هو المسافة بين الشحنتين بالمتر.
PE = \frac{1}{4\pi * 8.854 * 10^-12} \frac{10 * 10^-6 * 20 * 10^-6}{0.1} = 19.9 J
التمرين 4:
نواة ذرة اليورانيوم تمتلك طاقة وضع نووية تبلغ 200 مليون إلكترون فولت. ما مقدار هذه الطاقة بالجول؟
الحل:
1 إلكترون فولت = 1.602 * 10^-19 J
PE = 200 * 10^6 * 1.602 * 10^-19 = 3.204 * 10^-11 J
لاحظ أن طاقة الوضع النووية كبيرة جدًا مقارنة بأشكال الطاقة الأخرى.
التسميات
علوم 1 إع. مص