فهم طاقة الوضع

طاقة الوضع هي الطاقة المخزنة التي يمتلكها جسم ما بسبب موقعه أو تكوينه أو حالته. على عكس الطاقة الحركية التي تعتمد على الحركة، تمثل طاقة الوضع إمكانية بذل شغل.

طاقة الوضع الجاذبية

تحسب صيغة PE = mgh الطاقة المخزنة في جسم بسبب ارتفاعه فوق نقطة مرجعية. هنا، m هي الكتلة، g هو تسارع الجاذبية (9.8 م/ث² على الأرض)، و h هو الارتفاع. كلما رُفع الجسم أعلى، زادت طاقة الوضع المخزنة.

طاقة الوضع المرنة

تخزن النوابض والمواد المرنة الطاقة عند تمديدها أو ضغطها. توضح صيغة PE = ½kx² أن طاقة الوضع المرنة تعتمد على ثابت النابض (k) والإزاحة (x) من موضع التوازن. لاحظ أن الطاقة تزداد مع مربع الإزاحة.

طاقة الوضع الكهربائية

جسيمان مشحونان لديهما طاقة وضع بسبب تفاعلهما الكهروستاتيكي. تستخدم صيغة PE = kq₁q₂/r ثابت كولوم (k ≈ 8.99×10⁹ ن·م²/ك²)، والشحنتين، والمسافة بينهما. الشحنات المتماثلة تنتج طاقة موجبة (تنافر)، بينما الشحنات المتعاكسة تعطي طاقة سالبة (تجاذب).

حفظ الطاقة

يمكن تحويل طاقة الوضع إلى طاقة حركية والعكس صحيح. الجسم الساقط يحول طاقة الوضع الجاذبية إلى طاقة حركية. النابض المضغوط يطلق طاقة وضعه المرنة كطاقة حركية. تبقى الطاقة الميكانيكية الكلية (PE + KE) ثابتة في نظام معزول.

أمثلة على طاقة الوضع

• الماء خلف السد: طاقة الوضع الجاذبية تتحول إلى طاقة كهربائية
• القوس المشدود: طاقة الوضع المرنة مخزنة في الأذرع المنحنية
• الأفعوانية في القمة: أقصى طاقة وضع جاذبية
• نابض السيارة المضغوط: طاقة وضع مرنة للتعليق

الجاذبية على أجسام مختلفة

تختلف طاقة الوضع الجاذبية حسب الموقع. على القمر (g = 1.62 م/ث²)، يمتلك الجسم طاقة وضع جاذبية أقل عند نفس الارتفاع مقارنة بالأرض. على المشتري (g = 24.79 م/ث²)، سيكون لديه طاقة أكبر بكثير.