تعريف طاقة الوضع

طاقة الوضع هي طاقة مختزنة في الجسم

فعلا، الطاقة المخزنة في الجسم هي طاقة الوضع. والطاقة هي شيء مذهل، فالطاقة، كما تعلمنا في المدارس، لا تزول ولا تخلق من العدم، بل يتم تحويلها من شكل إلى آخر. تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، وتحول الطاقة الحركية إلى طاقة وضعية أو طاقة كامنة. والطاقة الكامنة هي الطاقة التي يخزنها الجسم نتيجة لوضعيته، مثل قوس السهم الذي يشده صاحبه قبل أن يطلقه نحو الهدف، وبالتالي يزيد من طاقته الكامنة قبل أن ينفذه إلى الأمام. وهذا النوع من الطاقة يخزن في الأشياء، ويمكن للجسم أن يحرر هذه الطاقة لاحقا عند تغيير الوضعية التي اكتسب بها الطاقة.

الطاقة الكامنة ليست شيئًا غريبًا، بل هي موجودة في كل مكان من حولنا، وتتحول باستمرار الطاقة الحركية إلى طاقة كامنة والعكس صحيح.

تم اكتشاف مفهوم طاقة الوضع لأول مرة بواسطة الفيزيائي والمهندس الأسكتلندي ويليام رانكين في القرن التاسع عشر، وأصبح هذا المفهوم، بجانب الطاقة الحركية، من الأسس الأساسية في الفيزياء منذ ذلك الحين وحتى يومنا هذا.

عندما تنفصل الأشياء عن موضعها بسبب الجاذبية أو أي شيء آخر، تتحول الطاقة الكامنة للأشياء قبل الإفراج عنها إلى طاقة حركية، وهذا يمثل مفهوم حفظ الطاقة.

كلما قل الجهد الكهربائي زادت طاقة الوضع الكهربائية

تنجم طاقة الوضع عن الجهد او الطاقة المبزولة على الجسم، والطاقة المخزنة في الجسم اي طاقة الوضع او الطاقة الكامنة تعتمد على وضعية الجسم، وحالته، وبالتالي كلما زاد الجهد الكهربائي زادت طاقة الوضع الكهربائية، والعبارة الشائعة بأنه كلما قل الجهد الكهربائي قلت طاقة الوضع الكهربائية هي عبارة خاطئة

الطاقة الكامنة أو طاقة الوضع هي الطاقة التي يمكن استخدامها عند تغيير الوضعية، ويتم تحرير الطاقة الكامنة الموجودة فيها لتحولها إلى طاقة حركية

توجد أمثلة عديدة على طاقة الوضع الكهربائية التي تزيد بزيادة الجهد، سواء كان ذلك بفعل الإنسان أو بفعل الجاذبية الأرضية

• توجد صخرة على حافة منحدر عالٍ على سطح الأرض، وتحتوي هذه الصخرة على طاقة وضعية كبيرة، وفي حال سقوطها من حافة المنحدر، ستمتلك طاقة حركية كبيرة نتيجة لتحويل الطاقة الوضعية إلى الطاقة الحركية
• تمتلك فروع الشجرة طاقة وضع عالية، بسبب وجودها على ارتفاع كببير فوق سطح الأرض، وكلما زاد الارتفاع، زادت طاقة الوضع، لأن السقوط سيكون أكثر قوة
• يحتوي الطعام على طاقة وضع، حيث يقوم الجسم بهضم الطاقة المخزنة في الطعام لتوليد الطاقة اللازمة للقيام بوظائفه الحيوية الأساسية مثل التغذية والهضم والحركة.

مجموع طاقة الوضع و الطاقة الحركية لجميع جسيمات الجسم

إجمالا، إجمالي طاقة الموقع والطاقة الحركية لجميع جسيمات الجسم تساوي الطاقة الميكانيكية، والطاقة الميكانيكية يمكن أن تكون طاقة حركية أو طاقة محتجزة، ويمكن أن تكون مجموعا من الطاقة الحركية والطاقة المحتجزة، وعندما يقترب الجسم المتساقط من ارتفاع على الأرض، فإن الطاقة الميكانيكية تكاد تكون مساوية للطاقة الحركية في هذه الحالة.

الطاقة الميكانيكية كمصطلح هي الطاقة التي يملكها الجسم اما بسبب وضعيته (الطاقة الكامنة) او بسبب حركيته (الطاقة الحركية) او الاثنين معًا، وجميع الاجسام تملك طاقة ميكانيكية لانها ثابته، فمثلًا القوس المسحوب الى الخلف قبل ان يتم دفعه يملك طاقة ميكانيكية بسبب وضعيته الممتدة، وتكون طاقته الممتدة عبارة عن طاقة كامنة، وعندما يبدأ دفعه، تزداد الطاقة الحركية وتنقص الطاقة الكامنة وتبقى الطاقة الميكانيكية ثابتة.

طاقة الوضع كما ذكر سابقًا هي الطاقة المخزنة في الجسم ولها القدرة على العمل بسبب الوضعية او حالة الجسم، مثال بسيط السهم المشدود قبل دفعه، او النواس المضغوط قبل ان يعود لحالته الاصلية، او الاحجار التي يتم رفعها لاعلى المنزل، فإذا سقطت تحرر الطاقة الكامنة بداخلها، واذا اصطدمت بيوم من الايام بكرة ساقطة من الاعلى او سيارة مسرعة، سوف تشعر بالطاقة التي تحملها هذه الاجسام

ومن الناحية الفيزيائية، الطاقة الكامنة تعرف بأنها الطاقة المختزنة في جماعة من الجزيئات المادية المتفاعلة مع بعضها، وهذه المفهوم ينطبق على امور بسيطة للغاية وصولًا الى اكثر الامور تعقيدًا وحجمًا مثل المجموعة الشمسية، وجميعها تحوي طاقة مخزنة، يمكن ان تتحول الى طاقة حركية والعكس صحيح

الطاقة الحركية هي الطاقة التي يتم إنتاجها عندما يتم تحرير الطاقة الكامنة، وجميع الأشياء المتحركة تطلق طاقة حركية، والأجسام حولنا تتحول باستمرار من طاقة كامنة إلى طاقة حركية، والطاقة الحركية لا تعتمد فقط على حركة الجسم ولكنها تعتمد أيضًا على كتلته.

المستوى الذي تكون عنده طاقة الوضع pe تساوي صفراً

لفهم المستوى الذيتكون فيه طاقة الوضع تساوي الصفر، يجب فهم العلاقات الرياضية الأساسية لطاقة الوضع والطاقة الحركية، حيث تحدد الطاقة الحركية من خلال العلاقة الأساسية والمشهورة في الفيزياء

• E=MC²

تتمثل الطاقة في حاصل ضرب الكتلة في مربع الجاذبية، وتحدد الطاقة الكامنة من خلال العلاقة التالية:

• Ep=mgh

الطاقة الكامنة تكون ناتج ضرب الكتلة في الجاذبية في الارتفاع، ومن الأهمية أن نفهم هاتين المفاهيم لتفسير العلاقة بين الطاقة الكامنة أو الطاقة الوضعية والطاقة الحركية، لأن كلا الطاقتين يمكن تحويلها إلى بعضها البعض، ويمكن تفسير هذا بسهولة من خلال مثال الماء في الصنبور، عندما يكون الصنبور مغلقا، يكون للماء طاقة وضع، وعندما يتم فتح الصنبور ويتدفق الماء، يكون لديه طاقة حركية.

المستوى الذي يكون فيه طاقة الوضع تعادل الصفر هو المستوى الذي يقترب فيه جسم ساقط من مكان مرتفع بالاقتراب تقريبا إلى سطح الأرض. في هذا المستوى، يتحول كل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية، وتصبح الطاقة الميكانيكية بالكامل طاقة حركية. يطلق على هذا المستوى أيضا اسم مستوى الاسناد. بعدما يصطدم الجسم بالأرض ويتحطم، يفقد جزءا من طاقته كطاقة حرارية.

أثناء السقوط تتحول الطاقة الحركية إلى طاقة وضع

يحتاج الإنسان إلى كلا نوعي الطاقة للقيام بأي عمل، والطاقة الكامنة هي الطاقة المخزنة في الجسم، والعوامل المؤثرة في طاقة الوضع تشمل الوضعية أو الجهد المبذول على الجسم، وهي لا تتأثر بما حولها مثل الهواء، أما الطاقة الحركية فهي الطاقة التي يتحرك بها الجسم، وتتأثر بما حولها من ظروف، على سبيل المثال، الطاقة الحركية ستكون أكبر إذا كان الجسم متواجدا على ارتفاع أعلى.

عند السقوط، يتحول الطاقة الوضعية إلى الطاقة الحركية وليس العكس، ويمكن تحويل كل منهما إلى النوع الآخر، ويحدث ذلك في دائرة لا نهائية.