مقاربة كيفية لطاقة جملة وانحفاظها

شكل الطاقة المكتسبة هو الطاقة الداخلية $E_i$.

التعليل: ترتفع درجة حرارة الماء، وارتفاع درجة الحرارة يعني ازدياد شدة الحركة العشوائية لجزيئات الماء، أي ازدياد طاقته الحركية المجهرية، وهي المركبة الحرارية للطاقة الداخلية.

تحويل حراري $Q$، لأن المقاومة الكهربائية أسخن من الماء وهي ملامسة له: وجود فرق في درجة الحرارة هو الذي يحقق التحويل.

الحصيلة الطاقوية للجملة (الماء): عمود واحد $E_i$ بسهم للأعلى، وسهم داخل يحمل $Q$.

أي:

أي أن ازدياد الطاقة الداخلية للماء يساوي بالضبط التحويل الحراري الذي استقبله.

الطاقة الكهربائية المستهلكة:

وبالكيلوواط ساعي، مع $P = 1{,}8\ kW$ و $t = 0{,}5\ h$:

تحقق: $\dfrac{3{,}24 \times 10^{6}}{3{,}6 \times 10^{6}} = 0{,}9$ ✔

الطاقة المنشورة بالتحويل الحراري:

أي $0{,}225\ kWh$.

في المرحلة الأولى ينضغط النابض، أي يزداد تشوهه، فتزداد طاقته الكامنة المرونية $E_{pe}$.

الطفل يضغط على السهم بقوة فينضغط النابض: التحويل يتحقق بـعمل قوة، أي تحويل ميكانيكي $W_m$.

النابض يستقبل الطاقة، فمعادلة الانحفاظ له:

في المرحلة الثانية ينطلق السهم فتزداد سرعته، إذن تزداد طاقته الحركية $E_c$.

النابض يدفع السهم بقوة: تحويل ميكانيكي $W_m$.

السهم يستقبل هذا التحويل فتتغير طاقته الحركية:

انتبه إلى الرمز $\Delta$: الذي يساوي التحويل الميكانيكي هو تغير الطاقة الحركية، وليس الطاقة الحركية نفسها. فكتابة $E_c = W_m$ خاطئة، والصحيح:

وهذا ينطبق على كل أشكال الطاقة: ما يساوي التحويل دائما هو التغير بين الحالة الابتدائية والحالة النهائية.

عند مستوى المحرك:

عند مستوى الجذع:

الطاقة الكلية الضائعة هي مجموع ما ضاع نحو المحيط:

الطاقة المفيدة هي التي تصل إلى العجلات $W_{m2}$، والطاقة الكلية هي التي قدمها الوقود $Q_1$:

تحقق من النتائج: $W_{m2} + E_{daia} = 620 + 280 = 900\ kJ = Q_1$ ✔

مجموع الطاقة المفيدة والطاقة الضائعة يساوي الطاقة الكلية المقدمة: هذا هو مبدأ انحفاظ الطاقة بعينه. ولاحظ أن المردود أصغر من $100\ \%$ دائما.

من $A$ إلى $B$ يتحرك الجسم على طاولة ملساء وأفقية ولم يلمس النابض بعد، فسرعته ثابتة وطاقته الحركية ثابتة، وهو لا يملك طاقة كامنة مرونية أصلا: لا يوجد أي تغير.

الحركة أفقية وقوة الثقل عمودية على جهة الحركة، إذن $W_P = 0$: عمل معدوم.

من $B$ إلى $C$ ينضغط النابض مسافة $a$، فيزداد تشوهه وتزداد طاقته الكامنة المرونية $E_{pe}$.

الجسم يضغط النابض بقوة: تحويل ميكانيكي $W_m$.

النابض يستقبل التحويل:

الجملة (جسم + نابض) على طاولة ملساء أفقية هي جملة معزولة، فمجموع طاقتيها ثابت:

وعمليا، من $C$ إلى $B$ تنقص $E_{pe}$ حتى تنعدم وتزداد $E_c$، أي $E_{cB} = E_{peC}$.

انتبه إلى نقطتين كثيرا ما يقع فيهما الخطأ:

في السؤال 5 الجملة المدروسة هي النابض لا الجسم: هو الذي يستقبل التحويل فتزداد طاقته الكامنة المرونية. ولو درسنا الجسم بين $B$ و $C$ لكانت المعادلة مختلفة، لأنه يقدم الطاقة ولا يستقبلها، ولأنه يتوقف في $C$:

في السؤال 6 لا تنس إشارة الناقص: في جملة معزولة، ما يكسبه شكل من الطاقة يخسره الشكل الآخر بالضبط. فالكتابة الصحيحة هي $\Delta E_c = -\Delta E_{pe}$، وليس $\Delta E_c = \Delta E_{pe}$ التي تعني أن الطاقتين تزدادان معا.