الطاقة الميكانيكية Mechanical Energy
- تمثل الطاقة الميكانيكية لجسم أو نظام ما بالطاقة اللازمة لتغيير موضعه أو تعديله وهي تساوي مجموع طاقة الجسم الحركية وطاقته الكامنة.
- تمثل الطاقة الميكانيكية بالعلاقة الرياضية التالية:
ME = KE + PE
- تنقسم الطاقة الميكانيكية إلى قسمين:
- الطاقة الميكانيكية الماكروسكوبية (يطلق عليها الطاقة الميكانيكية).
- الطاقة الميكانيكية الميكروسكوبية (يطلق عليها الطاقة الداخلية).
(1) الطاقة الميكانيكية (الطاقة الميكانيكية الماكروسكوبية)
Macroscopic Mechanical Energy
- يوصف الجسم عندما يملك أبعادًا يمكن قياسها ورؤيتها بالعين بالجسم الماكروسكوبي.
- فيما توصف تلك الأجسام الصغيرة جدا التي لا تُرى بالعين المجردة بالأجسام الميكروسكوبية.
- تجدر الإشارة إلى أن كل الأجسام التي تناولناها سابقاً هي أجسام ماكروسكوبية.
- عندما يتحرّك جسم ماكروسكوبي بسرعة خطية v ، نقول إنّ هذا الجسم يمتلك طاقة حركية ماكروسكوبية تُحسب بالعلاقة التي درسناها سابقاً:
- أما إذا وُضع هذا الجسم الماكروسكوبي على ارتفاع محدّد من مستوى مرجعي فيختزن طاقة كامنة ماكروسكوبية (طاقة وضع تثاقلية) يُعبر عنها بالعلاقة التالية:
- تختزن الأجسام الماكروسكوبية المرنة طاقة كامنة ماكروسكوبية (طاقة وضع مرونية) تُحسب بالعلاقة التالية:
- إن مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة للجسم الماكروسكوبي يُسمّى الطاقة الميكانيكية الماكروسكوبية.
وهي تساوي الطاقة الميكانيكية التي عرفناها في الدروس السابقة ولا تختلف عنها، لهذا سنعتمد في سياق الدرس تسميتها طاقة ميكانيكية من دون الإشارة إلى أنّها ماكروسكوبية ، ولأنّ الطاقة الميكروسكوبية التي سنتناولها ستطلق عليها اسم الطاقة الداخلية تسهيلًا لاستخدامها ومنعا للخلط بين ماكرو وميكرو.
(2) الطاقة الداخلية (الطاقة الميكانيكية الميكروسكوبية) U
Microscopic Mechanical Energy
- هل يختزن كوب الماء الموضوع على الطاولة طاقة؟
- ما رأيك لو نظرت إليه من وجهة نظر مقاييس ذرّية ميكروسكوبية؟ هل تعتقد أن جزيئاته متحرّكة أو ساكنة؟ هل نتجت طاقة كامنة عن قوى التجاذب بين جزيئاته؟
- تتألف الأجسام الصلبة أو السائلة أو الغازية من جزيئات تتحرك عشوائياً وبشكل دائم.
- تزداد سرعة تحرّك هذه الجزيئات بارتفاع درجة حرارة الجسم الذي تسببه الطاقة الحركية الميكروسكوبية.
- تتغيّر الروابط بين الجزيئات في حال تغيّرت حالة المادة في نظام ما ، كانصهار الجليد مثلاً.
- الطاقة التي تتبادلها جسيمات النظام وتؤدي الى تغيير حالته بتغيير طاقة الربط بين أجزائه تسمى بالطاقة الكامنة الميكروسكوبية وتنتج هذه الطاقة عن مختلف التأثيرات بين جسيمات النظام.
- أما الطاقة الميكانيكية الميكروسكوبية فتساوي مجموع الحركية الميكروسكوبية المكوّنة لجسيمات النظام والطاقة الكامنة الميكروسكوبية الناتجة عن مختلف التأثيرات بين جسيمات النظام:
- الطاقة الميكانيكية الميكروسكوبية للنظام تُسمّى بالطاقة الداخلية ويُرمز لها بالحرف اللاتيني U وهي مجموع طاقات الوضع والحركة لجسيمات النظام .
- وفي سياق الدرس سنعتمد مصطلح الطاقة الداخلية U بدلاً من استخدام الطاقة الميكانيكية الميكروسكوبية منعاً للالتباس بين ميكرو و ماكرو كما أشرنا سابقاً.
- الجدول التالي يوضح مقارنة بين الطاقة الميكانيكية الماكروسكوبية والطاقة الميكانيكية الميكروسكوبية
- الجدول التالي يوضح مقارنة بين الطاقة الميكانيكية والطاقة الداخلية كما يلي: