طاقة حديقة التزلج: الأساسيات

ماذا تعرض

عندما ينزلق المتزلج على المسار دون احتكاك، تتحول طاقة الوضع الجاذبية Ep = mgh والطاقة الحركية Ek = ½mv² كل منهما إلى الأخرى، ويبقى مجموعهما، أي الطاقة الميكانيكية، ثابتًا؛ لذلك يرتفع المتزلج دائمًا إلى ارتفاع الإفلات نفسه. وفي أدنى نقطة تكون سرعته أكبر ما يمكن، وعند أعلى نقطة يتوقف لحظيًا. وعند إضافة الاحتكاك يتحول جزء من الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية Q، فتبقى الطاقة الكلية Ek + Ep + Q محفوظة، لكن المتزلج يرتفع أقل في كل مرة حتى يستقر في القاع. ولا تغيّر الكتلة ارتفاع الصعود، مع أنها تغيّر مقدار كل شكل من أشكال الطاقة.

طريقة الاستخدام

ابدأ بشاشة «مقدمة»: اسحب المتزلج إلى أعلى المسار وأفلته، وفعّل «إظهار ارتفاع الإفلات» لتقارن أعلى نقطة يبلغها بالخط الأحمر المتقطع. غيّر «شكل المسار» و«كتلة المتزلج». ثم انتقل إلى شاشة «الاحتكاك» وارفع «الاحتكاك μ»، ولاحظ نمو Q. في شاشة «الرسوم البيانية» تابع الطاقات مع الزمن، وفي «ساحة اللعب» ارسم مسارك الخاص. استخدم «إيقاف مؤقت» و«إعادة الضبط» عند الحاجة.

المعاملات القابلة للتغيير

• الشاشة مقدمة, الاحتكاك, ساحة اللعب
• كتلة المتزلج 20–80 kg
• معامل الاحتكاك μ 0–0.5
• إظهار ارتفاع الإفلات

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا يعود المتزلج إلى ارتفاع الإفلات نفسه عندما لا يوجد احتكاك؟
2. عند أي نقطة من المسار تكون الطاقة الحركية أكبر ما يمكن، وعند أي نقطة تكون طاقة الوضع أكبر ما يمكن؟
3. عند وجود الاحتكاك، أين تذهب الطاقة الميكانيكية المفقودة، وهل تبقى الطاقة الكلية ثابتة؟