https://3rabica.org/index.php?action=history&feed=atom&title=%D8%B7%D8%A7%D9%82%D8%A9_%D9%88%D8%B6%D8%B9طاقة وضع - تاريخ المراجعة2026-06-12T08:40:59Zتاريخ التعديل لهذه الصفحة في الويكيMediaWiki 1.43.7https://3rabica.org/index.php?title=%D8%B7%D8%A7%D9%82%D8%A9_%D9%88%D8%B6%D8%B9&diff=1399100&oldid=prevعبد العزيز: تنسيق2023-11-12T15:35:39Z<p>تنسيق</p>
<p><b>صفحة جديدة</b></p><div>{{بطاقة كمية فيزيائية<br />
|bgcolour={default}<br />
|name = طاقة وضع<br />
|image= <br />
[[ملف:Mediaeval archery reenactment.jpg|200بك]]<br />
|caption= في حالة [[قوس (سلاح)|القوس والسهم]]، تتحول طاقة الوضع في القوس إلى [[طاقة حركية]] في السهم عند إطلاقه<br />
|unit = [[جول]] (J)<br />
|symbols = ''PE'', ''U'', or ''V''<br />
|derivations = ''U'' = ''[[كتلة|m]]'' · ''[[جاذبية أرضية|g]]'' · ''[[ارتفاع (رياضيات)|h]]'' ([[طاقة وضع الجاذبية]])<br /><br />
''U'' = ½ · ''[[قانون هوك|k]]'' · ''[[إجهاد (ميكانيكا)|x]]''<sup>2</sup> ([[طاقة وضع مرنة|مرنة]]) <br /><br />
''U'' = ''[[سعة كهربية|C]]'' · ''[[كمون كهربائي|V]]''<sup>2</sup> / 2 ([[طاقة الوضع الكهربائية|كهربائية]])<br /><br />
''U'' = -''[[عزم مغناطيسي|m]]'' · ''[[حقل مغناطيسي|B]]'' (مغناطيسي) <br />
}}<br />
[[ملف:Pendulum swinging-ar.gif|تصغير|يسار| 250px|حركة ال[[رقاص]].]]<br />
<br />
<br />
'''الطاقة الكامنة'''<ref>{{استشهاد بويكي بيانات|Q113016239|ص=362}}</ref><ref name="م1">{{استشهاد بويكي بيانات|Q113987323|ص=227}}</ref><ref name="م2">{{استشهاد بويكي بيانات|Q12244028|ص=608}}</ref> أو '''طاقة الوضع'''<ref name="م1"/><ref name="م2"/> {{إنج|Potential energy}} هي إحدى صور الطاقة في [[فيزياء|الفيزياء]]. وهي طاقة «كامنة» يكتسبها جسم بسبب وقوعه تحت تأثير جاذبية مثل [[جاذبية أرضية|الجاذبية الأرضية]] أو تحت تأثير [[حقل كهربائي|مجال كهربائي]] إذا كان له شحنة كهربائية. ولذلك تسمى تلك الطاقة بطاقة الوضع. وعلى [[بر|الأرض]] يمكن أن يشكل سطح الأرض مرجعاً لحساب تلك الطاقة.<br />
<br />
وعادة يستخدم الرمز ''V'' أو الرمز ''E''<sub>pot</sub> لتعريف طاقة الوضع.<br />
<br />
== بصفة عامة ==<br />
<br />
تنظم أنواع الطاقة التالية إلى طاقة الوضع:<br />
<br />
* طاقة الوضع الناجمة عن الجاذبية الأرضية أو أي نظام ذو [[جاذبية|ثقالة]]<br />
* طاقة الوضع تحت تأثير مجال كهربائي<br />
* طاقة وضع تحت تأثير قوة شد مرنة، مثل [[الزنبرك|نابض]]<br />
<br />
والمعادلة التي تعطي طاقة الوضع الناتجة عن [[جاذبية|الثقالة]] هي:<br />
<br />
: <math> V = m. g.(h1 - h0) </math><br />
<br />
حيث:<br />
<br />
:m [[كتلة]] الجسم بالكيلوجرام:g [[تسارع الجاذبية|عجلة الجاذبية الأرضية]]: 9,81 [[متر]]/ثانية*ثانية:h1 [[ارتفاع (توضيح)|ارتفاع]] الجسم عن الأرض عند النقطة العلوية (بالمتر)<br />
:h0 ارتفاع الجسم عن الأرض عند النقطة السفلى (بالمتر).<br />
<br />
أي أن طاقة وضع جسم تتزايد بتزايد ارتفاعه عن سطح [[الأرض]]، ويمكن حسابها لأي جسم.<br />
<br />
== تغير طاقة الوضع بالارتفاع عن سطح الأرض ==<br />
<br />
تتغير طاقة الوضع لجسم بتغير ارتفاعه عن سطح [[بر|الأرض]]. فإذا افترضنا مؤقتا أن طاقة الوضع لجسم على سطح الأرض تساوي صفرا، ثم قمنا بقذف حجر عموديا إلى أعلى، يبدأ الجسم [[طاقة حركية|بطاقة حركة]] عالية وما يلبث أن تهدأ سرعته رويدا رويدا بفعل [[جاذبية|الجاذبية]] أو [[جاذبية|الثقالة]] وتتحول طاقة حركته خلال ارتفاعه إلى طاقة وضع. حتى إذا وصل الحجر إلى أقصى ارتفاع له تكون كل طاقة حركته قد تحولت إلى طاقة الوضع. ويبدأ الحجر بفعل طاقة الوضع التحرك ثانيا إلى أسفل حيث تزداد سرعته إلى أن يلتقي بالأرض، عندئذ تكون طاقة وضعه (التي اكتسبها في العلاء) قد تحولت إلى طاقة حركة ثانيا. وباصطدامه بالأرض تتحول طاقة حركته فورا إلى [[طاقة حرارية]]. وهذا يحقق قانون [[حفظ الطاقة (فيزياء)|انحفاظ الطاقة]].<br />
<br />
وفي كل نقطة من مسار الحجر أثناء الصعود والهبوط يكون مجموع طاقة حركته وطاقة وضعه ثابتا.أي إذا تزايدت واحدة تنقص الأخرى بنفس القدر.<br />
<br />
وتـُقاس طاقة الوضع مثلما تقاس طاقة الحركة، بوحدة كيلوجرام.<sup>2</sup>متر. <sup>−2</sup>ثانية أو [[جول]].<br />
<br />
ويمكن كتابة الطاقة الكلية للحجر بالمعادلة:<br />
<br />
::E = K + U<br />
<br />
حيث:<br />
<br />
: E الطاقة الكلية: K طاقة الحركة: U طاقة الوضع.<br />
<br />
وبتطبيق المعادلة أعلاه نجد أن الطاقة الكلية للحجر عند نقطة أقصى ارتفاع:<br />
<br />
::E = صفر + U = U<br />
<br />
أي تصبح الطاقة الكلية مساوية لطاقة الوضع.<br />
<br />
وبتطبيق المعادلة على حركة الحجر عند عودته إلى الأرض، تصبح الطاقة الكلية للحجر:<br />
<br />
::K = E + صفر = K<br />
<br />
أي عند عودة الحجر إلى الأرض تصبح الطاقة الكلية للحجر مساوية لطاقة حركته.<br />
<br />
وتظهر طاقة حركة الحجر عند اصتدامه بالأرض على هيئة [[طاقة حرارية]]. ولكن الاختلاف في درجة الحرارة هنا يكون ضئيلا فلا نشعر به. وكما تبين أعلاه يمكننا التعبير عن طاقة الحركة بوحدة [[جول|الجول]] وهي وحدة حرارية.<br />
<br />
== البندول ==<br />
يتحرك بندول الساعة ([[رقاص]]) في حركة قوسية حول مركز ثقله، فنجده يتحرك من أعلى نقطة على اليمين مثلا (حيث يكون فيها ثابتا للحظة ما) وتزداد سرعته في اتجاه النقطة المركزية حيث يكون ارتفاعه أقل ما يمكن، وعند تلك النقطة يكون قد وصل إلى أقصى سرعة له، فيندفع إلى اليسار وتنخفض سرعته رويدا رويدا حتى يصل إلى أقصى ارتفاع له إلى اليسار، وعندها تصبح سرعته صفرا ثانيا. ثم تتكرر العملية بالعكس من اليسار إلى اليمين حتى يصل إلى أعلى نقطة إلى اليمين وتصبح سرعته عندها صفرا، وهكذا.<br />
<br />
تتغير طاقتي الحركة والوضع للبندول طوال الوقت ولكن مجموعها يظل ثابتا. فعند أعلى نقطة إلى اليمين أو أعلى نقطة إلى اليسار - عندما يثبت حركة البندول وتصل سرعته إلى الصفر - فهنا تكون طاقة وضعه مساوية لطاقتة الكلية،(إذ أن طاقة الحركة تعتمد على سرعة الجسم فإذا كان الجسم ثابتا، كانت طاقة حركته صفرا). ثم تبدأ عند كلتا النقطتين العلويتين (يمينا أو يسارا) طاقة الوضع تتحول إلى طاقة حركة فنجد البندول بزداد سرعة في التجاه نقطة الوسط المنخفضة، وعند تلك النقطة تكون طاقة وضع البندول قد تحولت كلها إلى طاقة حركة.<br />
<br />
=== انحفاظ الطاقة ===<br />
[[ملف:Pendulum swinging-ar.gif|تصغير|يسار| 180px|رسم متحرك لحركة البندول. تظهر فيه نقطة السكون]]<br />
{{مفصلة|بقاء الطاقة}}<br />
<br />
يعتبر نموذج البندول البسيط نموذجا لقانون انحفاط الطاقة في الميكانيكا. فعلى الطريق بين نقطة أقصى ارتفاع للبندول إلى نقطة الاستقرار (الوسطية) تقل طاقة وضع البندول وهذا يعمل على زيادة سرعته بسبب الثقالة، وتزداد [[طاقة حركية|طاقة حركته]]. وبعد تعدية البندول النقطة الوسطية يبدأ عمل الثقالة ثانيا قتقل سرعته. والمعاملة الرياضية لهذه الحركة تعطينا العلاقة الآتية في كل لحظة:<br />
<br />
:<math>E_\mathrm{pot} + E_\mathrm{kin} = \text{const.}\,</math><br />
<br />
أي أن مجموع [[طاقة حركية|طاقة الحركة]] و طاقة الوضع للبندول ([[رقاص]]) تكون دائما ثابتة.<br />
<br />
== استغلال طاقة الوضع في توليد الكهرباء ==<br />
<br />
[[ملف:Hydroelectric dam-ar.svg|330px|تصغير|رسم توضيحي لأحد السدود لإنتاج الطاقة الكهربائية]]<br />
<br />
تُستخدم السدود عموما لتخدم الغرض الأساسي ( للاحتفاظ بالمياه وتوليد الكهرباء).<br />
وتُستغل طاقة الوضع الهائلة المختزنة في مياه الأنهار خلف السدود في توليد [[طاقة كهربائية|الطاقة الكهربائية]] في [[طاقة كهرمائية|المحطات الكهرمائية]]. وفي تلك المحطات تتحول طاقة الوضع للماء أولا إلى [[طاقة حركية|طاقة حركة]] عند سقوط الماء من أعلى فيدير [[عنفة|توربينا]] والذي يدير بدوره [[مولد كهربائي|مولدا للكهرباء]]، وبذلك نحصل على الطاقة الكهربائية التي نستعملها لإنارة المنازل ولتشغيل المصانع. أعلى سد في العالم هو سد نورك بارتفاع 300 متر في [[طاجيكستان]].<br />
<br />
=== القدرة ===<br />
<br />
تعتمد قدرة محطة توليد مائية ''P'' على تدفق الماء ''Q'' (بالمتر المكعب في الثانية) وارتفاع تدفق الماء<br />
''h'' [[متر|بالمتر]] و كفاءة ''η'' [[عنفة|التوربين]] و[[مولد كهربائي|المولد الكهربائي]] و[[محول|المحول الكهربائي]] في تحويل [[طاقة حركية|طاقة الحركة]] إلى [[طاقة كهربائية]].<br />
<br />
وبالنسبة إلى الكفاءة فهي تحتسب بالتقريب بنحو 85% بالنسبة لمحطات القوى المائية.<br />
([[جاذبية أرضية|''g'']] • [[كثافة|''ρ'']] • ''η'' ≈ 8,5&nbsp;kN /[[متر]]<sup>3</sup>)<br />
<br />
:<math>P = Q \cdot h \cdot 8,5\,\mathrm{kN} / \mathrm{m}^3</math><br />
<br />
حيث: g [[تسارع الجاذبية|عجلة الجاذبية الأرضية]]، و ''ρ'' [[كثافة]] الماء [[كيلوغرام|كيلوجرام]]/[[متر]]<sup>3</sup>.<br />
<br />
مثال:<br />
في توريد سد مائي يبلغ ارتفاعه 6 متر يمر ماء بحجم 20 متر مكعب / ثانية. بالتعويض عن تلك القيم في معادلة القدر نحصل على قدرة المحطة:<br />
<br />
: P = 20&nbsp;m³/s • 6&nbsp;m • 8,5&nbsp;kN/m³&nbsp;=&nbsp;1020&nbsp;kW<br />
<br />
أي أن قدرة المحطة تبلغ 1020 [[واط|كيلوواط]]<br />
<br />
أي تبلغ 1.02 [[واط|ميجاواط]]<br />
<br />
وتختلف قدرة كل سد مائي في توليد الكهرباء بحسب أرتفاع منسوب الماء فيه وكمية الماء التي تندفع في التوربين أو التوربينات وكفاءة التوربين و [[محول|المحول الكهربائي]]، كما تقول لنا معادلة القدرة. أكبر محطة لتوليد الكهرباء من سد مائي هي 18.000 [[واط|ميجاواط]] وتوجد في [[الصين|الصين الشعبية]].<br />
<br />
تتميز محطات القوى التي تنتج الكهرباء من ماء السدود بدرجة كفاءة عالية. فكفاءة التوربينات والمولدات الكهربائية قد تصل إلى 90% في تحويل [[طاقة حركية|طاقة الحركة]] (اندفاع الماء) إلى [[طاقة كهربائية]].<br />
<br />
== رفع الأثقال ==<br />
رأينا أن طاقة الوضع لجسم يحدده ارتفاعه عن سطح الأرض. فلنفترض الآن بطل حمل الأثقال الذي يقوم برفع 200 [[كيلوغرام|كيلوجرام]] إلى أرتفاع 2.5 [[متر]]، فما هو [[شغل (ديناميكا حرارية)|الشغل]] الذي يؤديه لرفع هذا الثقل؟<br />
<br />
لدينا المعادلة التي تعطي طاقة وضع 200 كيلوجرام على ارتفاع 2,5 متر، وهي:<br />
<br />
: <math> V = m. g.(h1 - h0) </math><br />
<br />
حيث:<br />
<br />
:m [[كتلة]] الجسم بالكيلوجرام:g [[تسارع الجاذبية|عجلة الجاذبية الأرضية]]: 9.78 [[متر]]/ثانية<sup>2</sup><br />
:h1 [[ارتفاع (توضيح)|ارتفاع]] الجسم عن الأرض عند النقطة العلوية (بالمتر)<br />
:h0 ارتفاع الجسم عن الأرض عند النقطة السفلى (بالمتر).<br />
<br />
وبالتعويض في المعادلة نحصل على:<br />
<br />
V= 200. 9,81. 2,5<br />
<br />
:طاقة الوضع =4905 [[جول]]<br />
<br />
كما نعرف أن 1 [[غرام (وحدة قياس)|جرام]] من السكر يعادل 16 كيلو جول. بالتالي نستطيع حساب كمية السكر التي تحترق في عضلات رافع الأثقال لرفع هذا الثقل:<br />
<br />
:كمية السكر = 9,4 كيلو جول ÷ 16 كيلوجول/جرام:كمية السكر = 32,0 [[غرام (وحدة قياس)|جرام]] [[سكر]]<br />
<br />
وهذا هو [[شغل (ديناميكا حرارية)|الشغل]] الذي يؤديه رافع الأثقال لرفع 200 كيلوجرام إلى ارتفاع 2,5 متر. هذا مع إهمال جسم رافع الاثقال نفسه حيث يقوم من القرفصاء برفع الثقل.<br />
<br />
ويمكنك بواسطة تلك المعادلة حساب الشغل الذي تبذله لصعود سلم ارتفاعه مثلا 100 متر، باعتبار أن وزنك ([[كتلة|الكتلة]]) 60 كيلوجرام.<br />
<br />
== انظر أيضا ==<br />
* [[رقاص]]<br />
* [[رقاص بسيط|رقاص (رياضيات)]]<br />
* [[رقاص فوكو]]<br />
* [[حرارة كامنة|طاقة كامنة]]<br />
* [[طاقة كهرمائية]]<br />
* [[حفظ الطاقة (فيزياء)|بقاء الطاقة]]<br />
* [[مبدأ أقل طاقة]]<br />
== مراجع ==<br />
{{مراجع}}<br />
<br />
{{ضبط استنادي}}<br />
{{معرفات مركب كيميائي}}<br />
{{شريط بوابات|هندسة ميكانيكية|طاقة|الفيزياء}}<br />
<br />
{{تصنيف كومنز|Potential energy}}<br />
<br />
[[تصنيف:أشكال الطاقة]]<br />
[[تصنيف:جاذبية]]<br />
[[تصنيف:ميكانيكا]]</div>عبد العزيز