حفظ الطاقة الميكانيكية – جسم ينزلق على مسار منحنٍ

ماذا تعرض

الطاقة الميكانيكية هي مجموع الطاقة الحركية Ek = ½mv² وطاقة الوضع الثقالية Ep = mgh. على مسار عديم الاحتكاك لا تبذل شغلًا إلا قوة الجاذبية، لذلك يبقى Ek + Ep ثابتًا: تزداد سرعة الجسم وهو ينزل، وتبلغ أقصاها في القاع حيث v = √(2gh)، ثم يصعد حتى ارتفاع البداية. أما مع الاحتكاك فإن الشغل المبذول ضد الاحتكاك يحوّل جزءًا من الطاقة إلى حرارة Q، فيبقى Ek + Ep + Q محفوظًا بينما تتناقص الطاقة الميكانيكية ويبلغ الجسم في كل مرة ارتفاعًا أقل.

طريقة الاستخدام

اضبط «معامل الاحتكاك μ» على 0 أولًا، واضغط «ابدأ»، وراقب عمودي Ep وEk يتبادلان الطاقة بينما يبقى مجموعهما ثابتًا. غيّر «كتلة الجسم» و«الارتفاع الابتدائي» وقارن الارتفاع الذي يبلغه الجسم وسرعته في القاع. ثم زد μ، وأبقِ «عرض منحنى الطاقة مع الزمن» مفعّلًا، وتابع نمو عمود «Q احتكاك» حتى يتوقف الجسم. اسحب الجسم على المسار لتطلقه من نقطة أخرى.

المعاملات القابلة للتغيير

• كتلة الجسم 0.5–5 kg
• الارتفاع الابتدائي 1–10 m
• معامل الاحتكاك μ 0–0.5
• عرض منحنى الطاقة مع الزمن

أسئلة للاستكشاف

1. عند μ = 0، لماذا لا يعتمد الارتفاع الذي يبلغه الجسم في الجهة الأخرى على كتلته؟
2. في وجود الاحتكاك، هل يتغير المجموع Ek + Ep + Q مع الزمن؟ وماذا يحدث للمجموع Ek + Ep؟
3. عند أي موضع على المسار تكون سرعة الجسم أكبر ما يمكن، وكيف تفسّر الطاقة ذلك؟