حفظ الطاقة الميكانيكية

حفظ الطاقة الميكانيكية
يقصد بالطاقة الميكانيكية لجسم ما بأنها مجموع طاقتي الوضع والحركة لذلك الجسم.
أي أن :
الطاقة الميكانيكية = طاقة الوضع + طاقة الحركة
طم = طو + طح
بمعنى آخر إن طاقة الجسم الميكانيكية تساوي طاقة وضع فقط أو طاقة حركة فقط أو مجموعهما.
ومثال على النظام المحافظ هو مجال الجاذبية الأرضية .

وفي النظام المحافظ فإن هذه الطاقة الميكانيكية تبقى ثابتة في المقدار دائماً عند كل المواقع التي يكون الجسم فيها متحركاً أم ساكناً.
أي أن:
طم = مقدار ثابت.
تجربة:
في الرسم التالي تُشاهد جسماً يُعطى طاقة ميكانيكية ( مقدار ما ) بقذفه للأعلى . أثناء صعود الجسم نلاحظ نقصان اللون الخاص بطاقة الحركة وزيادة اللون الخاص بطاقة الوضع مع بقاء مجموعهما ثابتاً.
من التجربة نجد أن:
طو = صفر عند سطح الأرض. طح = صفر عند أقصى ارتفاع يصله الجسم ( ع2 = 0 )
لاحظ تناقص سرعة الجسم أثناء الصعود وزيادة السرعة أثناء السقوط.
سؤال: احسب الارتفاع وسرعة الكرة عند كل مرحلة؟
تحولات الطاقه في البندول
تُعتَبَر حركة البندول مثال على قانون حفظ الطاقة الميكانيكية. يتألف البندول من كتلة تسمى الرقاص أو النطاط معلقة بواسطة خيط إلى نقطة ثابتة. عندما يتحرك البندول فإنه يتذبذب على طول قوس دائري ذهاباً وإياباً بطريقة دورية، مع إهمال مقاومة الهواء ؛ لأنها صغيرة بالنسبة للكتلة المعلقة .
انظر إلى الرسم المتحرك ولاحظ عمود طاقة الوضع وعمود طاقة الحركه ومجموعهما الثابت.
لاحظ أن حركة السقوط للكرة مرتبطة بزيادة في السرعة . وكلما نقص ارتفاعها تزداد طاقة حركتها وبالتالي تزداد سرعتها. وفي كل موضع تمر به الكرة تبقى الطاقة الميكانيكية = مجموع طاقة الوضع + طاقة الحركة = مقداراً ثابتاً .
هناك قوتان تؤثران على رقاص البندول : الأولى قوة الجاذبية والتي تؤثر عمودياً إلى أسفل ولا تبذل شغلاً على الرقاص. القوة الثانية المؤثرة هي قوة الشد في الخيط .
لاحظ أن الشد قوة خارجية، أي أنها إذا بذلت شغلاً على الرقاص فإنها ستغير الطاقة الكلية الميكانيكية للرقاص . ولكن قوة الشد هذه لا تبذل شغلاً على الرقاص لأنها عمودية على حركة البندول طوال مساره. أي أن :
الزاوية بين قوة الشد والإزاحه عند أي لحظة = 90 ْ ¬ ( ق ف جتا 90ْ ) = صفر .
ماذا نستنتج!
بما أنه لا يوجد شغل لقوى خارجية فإن الطاقة الكلية الميكانيكية للرقاص ثابتة .