قانون حفظ الطاقة الميكانيكية
الى ماذا يحول الاحتكاك الطاقة الميكانيكية
- الطاقة الميكانيكية هي مجموع الطاقات الحركية والكامنة في أي نظام. وينص مبدأ حفظ الطاقة الميكانيكية على أن إجمالي الطاقة الميكانيكية في النظام، أي مجموع الطاقات الحركية والكامنة، تبقى ثابتة طالما أن القوى المؤثرة هي قوى محافظة. ويمكن تعريف القوة المحافظة بأنها القوة التي لا تؤدي إلى تغيير إجمالي الطاقة الميكانيكية في النظام، وهذا صحيح، ولكن يمكن أن يوضح معناها بشكل أفضل.
- طريقة فعالة للتفكير في القوى المحافظة هي التفكير في ما يحدث في أي حركة ذهاب وإياب. إذا كانت الطاقة الحركية متساوية بعد الذهاب والعودة، فإن القوة تكون قوة محافظة، أو على الأقل تعمل كقوة محافظة. عندما ترمي الكرة بزاوية مستقيمة وتتركها بكمية معينة من الطاقة الحركية، في الجزء العلوي من مسارها، ليس لديها طاقة حركية ولكن لديها طاقة محتملة مساوية للطاقة الحركية التي كانت لديها عندما غادرت يدك. عندما تمسك بها مرة أخرى، ستكون لديك نفس الطاقة الحركية التي كانت لديها عندما تركتها. طول المسار، يبقى مجموع الطاقة الحركية والطاقة المحتملة ثابتا، وفي النهاية عندما تعود الكرة إلى نقطة البداية، تكون لديها نفس الطاقة الحركية التي كانت لديها في البداية، وبالتالي 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 ينزلق على لوح التزلج على تلة بطول 100 متر ومنحدر بزاوية 30 درجة، وزن الشخص 20 كجم، وسرعته 2 متر/ثانية عند الذروة، ما هي سرعته وهو ينزلق في أسفل التلة؟ يجب أن نهتم بالطاقة الحركية والطاقة الكامنة للجاذبية. عند جمعهما في القمة والأسفل، يجب أن تكون متساوية، لأن الطاقة الميكانيكية تحافظ على قيمتها.
في الأعلى: PE = mgh = (20) (9.8) (100sin30 °) = 9800 جول، KE = 1/2 mv2 = 1/2 (20) (2)2 = 40
يبلغ 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
في حال الحفاظ على الطاقة الميكانيكية، يجب أن يكون مستوى الطاقة الميكانيكية في الجزء العلوي مساويًا لما لدينا في الجزء السفلي، ويتضح ذلك على النحو التالي:
1/2 mv2 = 9840 ، لذلك v = 31.3 م / ثانية.
مكتشف قانون حفظ الطاقة
- شهدت المحركات البخارية استخدامًا واسعًا في أوائل القرن التاسع عشر، وعمل الفيزيائيون والمهندسون على فهمها من خلال تطوير `نظرية المحركات البخارية`.
- في أوائل الأربعينيات من القرن التاسع عشر، طور العديد من الشخصيات البارزة فكرة الطاقة وكيفية الحفاظ عليها، مثل ماير وجول وهيلمهولتز وتومسون.
- يعد جوليوس ماير، عالم فيزياء ألماني، أول شخص يشير إلى قانون الحفاظ على الطاقة في ورقة علمية عام 1842، حيث قام ماير بتحديد المكافئ الميكانيكي للحرارة الناتجة عن انضغاط الغاز بشكل تجريبي، دون أن يعرف أنه يمكن تفسير الحرارة من منظور النظرية الحركية .
- في عام 1847، وضع العالم الفيزيائي الألماني هيرمان فون هيلمهولتز نفس المبدأ الذي صاغه ماير في كتاب بعنوان حول الحفاظ على القوة. وعلى عكس ماير، اعتبر هيلمهولتز الحرارة مادة متحركة .
- تأتي فكرة الحفظ من الاهتمام بالحرارة في الجسم الحيواني، وربما لم يكن ماير يعلم عن عمله 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 شيئا ما بيدك ، تكون قد نقلت الطاقة الميكانيكية الحركية من جسمك إلى الجسم الذي تقوم بتحريكه. ألق نظرة على مصادر الطاقة الميكانيكية هذه التي من المحتمل أن تجدها في المنزل ومن أمثلتها .
- 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
- تشمل تعريف الطاقة في قانون الطاقة جميع جوانب الطاقة المتجددة وغير المتجددة. غالبا ما يجد المحامون أنفسهم يتعاملون مع استخراج الطاقة والضرائب والتوزيع وتحديد مواقع مصادر الطاقة مثل النفط والفحم، بالإضافة إلى أشكال جديدة مثل طاقة الرياح والطاقة النووية .
- هناك جانب كبير في مجال الطاقة يتعلق بالقانون، وهذا الجانب يمكنه مساعدة العملاء في شراء أو بيع الغاز، أو مساعدتهم في الحصول على الوقود للبيع. يعمل محامو الطاقة أيضا في إطار قوانين وطنية ودولية تم تمرير العديد منها للحفاظ على أمان الطاقة وتقليل انبعاثات الكربون في السنوات الأخيرة. من بين المسؤوليات المهمة، يتعين على المحامي تقييم مشروعية مصدر طاقة محدد ضمن الأطر القانونية.
- يتعامل مسئولي الطاقة أيضا مع تنظيم وفرض الضرائب على مصادر الطاقة الحالية مثل النفط والفحم. هناك الكثير من الأشياء التي يجب معرفتها بشأن تأثير سياسة المملكة المتحدة على قطاع الطاقة والمساعدات والمنح البحثية المتاحة لمصادر الطاقة المتجددة. قد تجد نفسك تتصرف على المستوى الوطني ضمن الإطارات القانونية الملزمة في المملكة المتحدة مثل قانون تغير المناخ. أو قد تجد نفسك في مفاوضات دولية، تأمين الوقود المستورد والتعامل مع معاملات الطاقة.
- عادة ما يكون قانون الطاقة مجالا عالميا للممارسة، ستتعامل مع العملاء الذين لديهم أصول في أنحاء مختلفة من 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 العوامل الجغرافية، وتعتمد العديد من الدول على الطاقة المستوردة. لذلك إذا كنت تفكر في هذا المجال، فتأكد من أنك على دراية بالتطورات الدولية! ستواجه الكثير من العقود كمحام للطاقة، حيث يتطلع العملاء غالبا إلى شراء أو بيع الأصول داخل القطاع. تأكد من أنك كاتب واثق بتعبير واضح. ستعمل أيضا في أحدث الأحداث، من الطاقة النووية إلى التكسير الهيدروليكي، ومن الممكن أنك سمعت عن بعض جوانب سياسة الطاقة بالفعل. ستحتاج إلى تطبيق منظورك القانوني المبتكر على هذه القضايا الرئيسية – وهذا لا يأتي إلا بفهم قوي لكيفية عمل القطاع.