المناهج

قانون حفظ الطاقة الميكانيكية

إلى ماذا يحول الاحتكاك الطاقة الميكانيكية

  • الطاقة الميكانيكية هي مجموع الطاقات الكامنة والحركية في اي نظام . ينص مبدأ حفظ الطاقة الميكانيكية على أن إجمالي الطاقة الميكانيكية في النظام أي مجموع الإمكانات بالإضافة إلى الطاقات الحركية تظل ثابتة طالما أن القوى الوحيدة المؤثرة هي قوى محافظة. يمكننا استخدام تعريف دائري ونقول أن القوة المحافظة كقوة لا تغير إجمالي الطاقة الميكانيكية ، وهذا صحيح ، لكنها قد تلقي الكثير من الضوء على ما تعنيه.
  • طريقة جيدة للتفكير في القوى المحافظة هي التفكير فيما يحدث في اي حركة من الذهاب والإياب. إذا كانت الطاقة الحركية هي نفسها بعد رحلة ذهابًا وإيابًا ، فإن القوة هي قوة محافظة ، أو على الأقل تعمل كقوة محافظة. ضع في اعتبارك الجاذبية تقوم برمي الكرة بشكل مستقيم وتترك يدك بكمية معينة من الطاقة الحركية. في الجزء العلوي من مساره ، ليس لديه طاقة حركية ، لكن لديه طاقة كامنة تساوي الطاقة الحركية التي كانت لديه عندما غادرت يدك. عندما تلتقطها مرة أخرى ستحصل على نفس الطاقة الحركية التي كانت عليها عندما تركت يدك. على طول المسار ، يكون مجموع الطاقة الحركية والجهد ثابتًا ، والطاقة الحركية في النهاية ، عندما تعود الكرة إلى نقطة البداية ، هي نفس الطاقة الحركية في البداية ، لذا فإن الجاذبية هي القوة المحافظة.
  • الاحتكاك الحركي ، من ناحية أخرى هو قوة غير محافظة ، لأنه يعمل على تقليل الطاقة الميكانيكية في النظام. لاحظ أن القوى غير المحافظة لا تقلل دائمًا من الطاقة الميكانيكية ، تغير القوة غير المحافظة الطاقة الميكانيكية ، لذا فإن القوة التي تزيد من إجمالي الطاقة الميكانيكية ، مثل القوة التي يوفرها المحرك ، هي أيضًا قوة غير متحفظة.

مثال على الطاقة الميكانيكية

في حالة شخص على مزلجة ينزلق على تل بطول 100 متر على منحدر 30 درجة. الكتلة 20 كجم ، وسرعة الشخص 2 م / ث لأسفل التل عندما يكون في القمة. ما هي سرعة الشخص الذي يسافر في أسفل التل . كل ما علينا أن نقلق بشأنه هو الطاقة الحركية وطاقة الجاذبية الكامنة. عندما نجمعها في الأعلى والأسفل يجب أن تكون هي نفسها ، لأنه يتم الحفاظ على الطاقة الميكانيكية.

في الأعلى: PE = mgh = (20) (9.8) (100sin30 °) = 9800 J ، KE = 1/2 mv2 = 1/2 (20) (2) 2 = 40 J
إجمالي الطاقة الميكانيكية في الأعلى = 9800 + 40 = 9840

في الأسفل: PE = 0 KE = 1/2 mv2
إجمالي الطاقة الميكانيكية في الجزء السفلي = 1/2 mv2

إذا حافظنا على الطاقة الميكانيكية ، فإن الطاقة الميكانيكية في الأعلى يجب أن تساوي ما لدينا في الأسفل . هذا يعطي:

1/2 mv2 = 9840 ، لذا v = 31.3 m / s.

مكتشف قانون حفظ الطاقة

  • بحلول أوائل القرن التاسع عشر ، كانت المحركات البخارية تستخدم على نطاق واسع . سعى كل من الفيزيائيين والمهندسين إلى فهمها من خلال تطوير “نظرية المحركات البخارية”.
  • خلال أربعينيات القرن التاسع عشر ، وكجزء من هذه العملية ، طور العديد من الأشخاص الرئيسيين مفهوم الطاقة والحفاظ عليها: ماير وجول وهلمهولتز وتومسون.
  • جوليوس ماير Julius Mayer ، عالم فيزياء ألماني ، كان أول شخص يذكر قانون الحفاظ على الطاقة ، في ورقة علمية عام 1842 . حدد ماير بشكل تجريبي المكافئ الميكانيكي للحرارة الناتجة عن انضغاط الغاز دون تقدير أن الحرارة يمكن تفسيرها من منظور النظرية الحركية .
  • في عام 1847 صاغ عالم فيزيائي ألماني آخر ، هيرمان فون هيلمهولتز ، نفس المبدأ في كتاب بعنوان حول الحفاظ على القوة. على عكس ماير ، رأى هيلمهولتز الحرارة على أنها مادة متحركة .
  • نشأت فكرة الحفظ من اهتمامه بالحرارة الجسم الحيوانية. ربما لم يكن على علم بعمل ماير السابق.
  • بين عامي 1839 و 1850 ، أجرى صانع الجعة الإنجليزي جيمس جول سلسلة رائعة من التجارب ، سعياً منه لتوحيد الظواهر الكهربائية والكيميائية والحرارية من خلال إظهار قابليتها للتحويل المتبادل ومعادلتها الكمية . نُشرت نتائجه العددية واستنتاجاته في المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية بعنوان على المعادل الميكانيكي للحرارة.

الاستخدامات اليومية للطاقة الميكانيكية

قانون بقاء الطاقة الميكانيكية يشرح الطاقة الميكانيكية وهي واحدة من أنواع الطاقة الوحيدة التي يسهل رؤيتها. إذا كان هناك شيء يتحرك ، فهو يستخدم الطاقة الميكانيكية ،انظر حولك. أي جسم يتحرك يستخدم طاقة ميكانيكية حركية. حتى الأشياء التي لا تتحرك تخزن طاقة ميكانيكية محتملة. عندما تحرك شيئًا ما بيدك ، تكون قد نقلت الطاقة الميكانيكية الحركية من جسمك إلى الجسم الذي تقوم بتحريكه . ألقِ نظرة على مصادر الطاقة الميكانيكية هذه التي من المحتمل أن تجدها في المنزل ومن امثلتها.

  • فتح وغلق مقبض الباب
  • الشهيق والزفير
  • دق مسمار
  • ركوب الدراجات الهوائية
  • شحذ قلم رصاص
  • استخدام أجهزة المطبخ
  • سماع  الاغاني
  • الكتابة على لوحة المفاتيح
  • قيادة السيارة

قانون الطاقة E

  •   تعريف الطاقة في قانون الطاقة جميع جوانب الطاقة المتجددة وغير المتجددة . غالبًا ما يجد المحامون أنفسهم يتعاملون مع الاستخراج والضرائب والتوزيع وتحديد مواقع أشكال الطاقة مثل النفط والفحم ، بالإضافة إلى أنواع جديدة مثل طاقة الرياح والطاقة النووية .
  • هناك عنصر معاملات كبير في مجال الطاقة من حيث القانون الذي يمكنه مساعدة العملاء على شراء أو بيع الغاز ، أو مساعدتهم في الحصول على الوقود لبيعه. يعمل محامو الطاقة أيضًا ضمن إطار تشريعي وطني ودولي تم تمرير العديد من القوانين للحفاظ على أمان الطاقة ، وفي السنوات الأخيرة ، لخفض انبعاثات الكربون. تشمل المسؤوليات تقرير ما إذا كان من القانوني أو غير القانوني متابعة مصدر طاقة معين ضمن هذه الحدود القانونية.
  • يتعامل مسئولي الطاقة أيضًا مع تنظيم وفرض الضرائب على مصادر الطاقة الحالية ، مثل النفط والفحم. هناك الكثير مما يجب معرفته فيما يتعلق بكيفية تأثير سياسة المملكة المتحدة على قطاع الطاقة ، والإعانات والمنح البحثية المتاحة لمصادر الطاقة المتجددة. قد تجد نفسك تتصرف على المستوى الوطني ، ضمن الأطر الملزمة قانونًا في المملكة المتحدة مثل قانون تغير المناخ. أو قد تجد نفسك في مفاوضات على نطاق دولي ، وتأمين الوقود المستورد والتعامل مع معاملات الطاقة.
  • غالبًا ما يكون قانون الطاقة مجالًا عالميًا للممارسة ، سوف تتعامل مع العملاء الذين لديهم أصول في جميع أنحاء العالم ، لذلك يجب أن يكون لدى أولئك الذين يعملون في هذا المجال وعي قوي بالشؤون الدولية. تختلف سياسات الطاقة من حكومة إلى أخرى وتعتمد على المتغيرات الجغرافية ، وتعتمد العديد من الدول على الطاقة المستوردة. لذلك إذا كنت تفكر في هذا المجال ، فتأكد من أنك على دراية بالتطورات الدولية! سوف تواجه الكثير من العقود كمحامي طاقة ، حيث يتطلع العملاء غالبًا إلى شراء أو بيع الأصول داخل القطاع. تأكد من أنك كاتب واثق مع تعبير واضح. ستعمل أيضًا في طليعة الأحداث الجارية ، من الطاقة النووية إلى التكسير الهيدروليكي ، من المحتمل أنك سمعت عن بعض جوانب سياسة الطاقة بالفعل. سوف تحتاج إلى تطبيق منظورك القانوني المبتكر على هذه القضايا الرئيسية – وهذا لا يمكن أن يأتي إلا بفهم قوي لكيفية عمل القطاع.
السابق
مميزات النظرية السلوكية
التالي
كيف تتفاعل الأجسام المشحونة عن بعد