الطاقة الحركية - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 الطاقة الحركية

المفاهيم الأساسية

الطاقة الحركية: حالة الطاقة الناتجة عن حركة الجسم، وتُعبر عنها بالعلاقة KE = \frac{1}{2}mv^2، حيث \(m\) الكتلة و \(v\) السرعة.

الشغل السالب: شغل تبذله على جسم (مثل التقاط كرة) في اتجاه معاكس لحركته، مما يقلل من طاقته الحركية حتى تصبح صفراً.

خريطة المفاهيم

```markmap

الفصل 5: الطاقة وحفظها

ما سنتعلمه

تعريف الطاقة

• خاصية تغير موقع الجسم أو سرعته أو بنيته

تحول الطاقة وحفظها

• الطاقة تتحول من شكل إلى آخر
• الطاقة الكلية في نظام مغلق ثابتة (قانون حفظ الطاقة)

الأهمية

• تدير الطاقة عجلة الحياة (أجهزة، سيارات، مصانع)
• مثال: التزلج

- ارتفاع المنحدر يحدد طاقة المتزلج

- المسافة المقطوعة تعتمد على:

- مقاومة الهواء

- التوازن

- الطاقة

فكر (سؤال)

• كيف يؤثر ارتفاع منحدر التزلج في المسافة التي يقطعها المتزلج في قفزته؟

1-5 الأشكال المتعددة للطاقة

استخدامات كلمة "طاقة"

• في الحياة اليومية (أغذية، رياضة، شركات)
• في العلم (بصورة أكثر تحديداً)

العلاقة بين الشغل والطاقة

• الشغل يسبب تغيراً في الطاقة
• الشغل ينقل الطاقة بين النظام والمحيط الخارجي

ما ستتعلمه في هذا الفصل

• كيف يمكن للجسم امتلاك طاقة بطرائق مختلفة
• كيف تتحول الطاقة من شكل إلى آخر
• كيف تتبع هذه التغيرات

الأهداف

• تستخدم نموذجاً لتربط بين الشغل والطاقة
• تحسب الطاقة الحركية
• تحدد طاقة الوضع الجاذبية لنظام ما
• تبين كيفية تخزين طاقة الوضع المرونية

تجربة استهلالية: كرة السلة المرتدة

#### سؤال التجربة

• ما العلاقة بين الارتفاع الذي تسقط منه كرة السلة والارتفاع الذي تصل إليه عندما ترتد؟

#### الخطوات

• تسجيل الارتفاع الابتدائي والارتفاع المرتد في جدول
• تكرار التجربة من ثلاثة ارتفاعات مختلفة
• رسم بياني للعلاقة بين الارتفاع المرتد (y) والارتفاع الابتدائي (x)

#### التحليل

• استخدام الرسم البياني لإيجاد الارتفاع المرتد إذا سقطت الكرة من ارتفاع 10.0 m
• التفكير في العوامل المؤثرة في الطاقة عندما ترتفع الكرة وتنتهي

#### التفكير الناقد

• لماذا لا ترتد الكرة إلى الارتفاع نفسه الذي سقطت منه؟

نموذج لنظرية الشغل – الطاقة

الفكرة العامة

• تتبع الطاقة يشبه تتبع إنفاق المال
• الشغل المبذول على النظام يزيد طاقته (تدفق موجب)
• الشغل المبذول من النظام يقلل طاقته (تدفق سالب)

التمثيل البياني (الشكل 5-1)

• نموذج المال: يوضح كيف تزيد النقود بالكسب وتقل بالصرف

التطبيق: قذف الكرة (الشكل 5-2)

• إذا أثرت بقوة ثابتة (F) على جسم (كرة) لمسافة (d) في اتجاه القوة:

- الشغل المبذول: W = Fd (موجب)

- طاقة الجسم (الحركية) تزداد بمقدار الشغل نفسه

• المعادلة الأساسية: KE_{قبل} + W = KE_{بعد}

- إذا كان الشغل موجباً (W > 0): تزداد الطاقة الحركية

- إذا كان الشغل سالباً (Wf < 0): تقل الطاقة الحركية

الطاقة الحركية

خصائص الطاقة الحركية

• موجبة دائماً
• تكون صفراً عندما يتوقف الجسم

العلاقة الرياضية

• KE = \frac{1}{2}mv^2
• تتناسب طردياً مع الكتلة (\(m\))
• تتناسب طردياً مع مربع السرعة (\(v^2\))

أنواع الطاقة الحركية

#### الطاقة الحركية الخطية

• ناتجة عن الحركة الانتقالية
• مثال: غطاس يدخل الماء بشكل مستقيم (الشكل 3-5c)

#### الطاقة الحركية الدورانية

• ناتجة عن الحركة الدورانية حول مركز الكتلة
• تعتمد على السرعة الزاوية (\(\omega\))
• مثال: غطاس في وضع الانثناء (القرص) أثناء القفز (الشكل 3-5b)

مثال توضيحي: الغطاس (الشكل 3-5)

• (a) يبذل شغلاً لدفع لوح الغطس، مولّداً طاقة حركية.
• (b) أثناء القفز، تتحول الطاقة إلى طاقة خطية (حركة مركز الكتلة) وطاقة دورانية (دوران الجسم).
• (c) عند دخول الماء بشكل مستقيم، تظهر الطاقة على شكل طاقة حركية خطية فقط.

```

نقاط مهمة

• الطاقة الحركية لجسم تتناسب طردياً مع كتلته؛ فكرة حديدية (7.26 kg) لها طاقة أكبر من كرة بيسبول (0.148 kg) عند نفس السرعة.
• الطاقة الحركية لجسم تتناسب طردياً مع مربع سرعته؛ سيارة بسرعة 20 m/s لها طاقة حركية تعادل أربعة أضعاف طاقة سيارة مماثلة بسرعة 10 m/s.
• يمكن أن يمتلك الجسم طاقة حركية خطية ودورانية في نفس الوقت، كما في حالة الغطاس أثناء القفز.

قبل أن ترتطم بيدك. وعندما تلتقطها تؤثر فيها بقوة في الاتجاه المعاكس لاتجاه حركتها، لذا فإنك تبذل عليها شغلاً سالباً، مما يجعلها تتوقف، لتصبح طاقتها الحركية في النهاية صفراً. وهذه العملية ممثلة في الشكل 5-2b. لاحظ أن الطاقة الحركية موجبة دائماً، فهي حالة الطاقة الحركية الابتدائية أو النهائية صفراً. مرة أخرى فإن الطاقة الحركية بعد توقف الشغل الذي بذل على الكرة.

Kinetic Energy

تُذكر أن الطاقة الحركية يُعبر عنها بالعلاقة الآتية: KE=½mv² حيث m كتلة الجسم، و v مقدار سرعة الجسم. وتتناسب الطاقة الحركية طردياً مع كتلة الجسم، فكرة حديدية مثلاً كتلتها 7.26 kg مقذوفة في الهواء لها طاقة حركية أكبر مما لكرة بيسبول كتلتها 0.148 kg. كما تتناسب الطاقة الحركية لجسم طردياً مع سرعته؛ فالطاقة الحركية لسيارة تتحرك بسرعة 20 m/s تعادل أربعة أضعاف طاقة الحركة لسيارة مماثلة لها في الكتلة تتحرك بسرعة 10 m/s. وهناك أيضاً طاقة الحركة الناتجة عن الحركة الدورانية، فإذا دُورنا لعبة البلبل مثلاً مع الحفاظ على مركز كتلته، لأمكنك تعتقد أنه لا يوجد طاقة حركية للبلبل لأنه لم ينتقل قاطعاً أي مسافة، ولكن حتى تجعل البلبل يدور لا بد أن تبذل عليه شغلاً، وهذا نوع آخر من أنواع الطاقة المختلفة. وكما تعتمد الطاقة الحركية الخطية على سرعة الجسم، تعتمد الطاقة الحركية الدورانية على السرعة الزاوية ω. ومن جهة أخرى فالطاقة الحركية ترتبط بكتلة الجسم فقط.

يمثل الشكل 3-5a غطاساً يقف على لوح الغطس، فيولد الشغل طاقة حركية خطية وأخرى دورانية؛ أما مركز كتلة الغطاس في أثناء الوثبة، حيث تتولد طاقة حركية خطية عندما يتحرك مركز كتلته، كما في الشكل 3-5b، الغطاس يتحرك نحو الماء وفي الوقت نفسه يدور مركز كتلته، بينما هو في وضع الانثناء (القرص)، فإن له طاقة حركية خطية وطاقة حركية دورانية. أما عندما يدخل الغطاس مفردة – كما في الشكل 3-5c – فإن طاقته الحركية تظهر على شكل طاقة حركية خطية.

الشكل 3-5 يبذل الغطاس شغلاً عندما يدفع لوح الغطس إلى أسفل (a)، ويتحول جزء من طاقته الحركية المتولدة عن الشغل إلى طاقة حركية خطية عندما يدخل إلى الماء (c).

قبل أن ترتطم بيدك. وعندما تلتقطها تؤثر فيها بقوة في الاتجاه المعاكس لاتجاه حركتها، لذا فإنك تبذل عليها شغلاً سالباً، مما يجعلها تتوقف، لتصبح طاقتها الحركية في النهاية صفراً. وهذه العملية ممثلة في الشكل 5-2b. لاحظ أن الطاقة الحركية موجبة دائماً، فهي حالة الطاقة الحركية الابتدائية أو النهائية صفراً. مرة أخرى فإن الطاقة الحركية بعد توقف الشغل الذي بذل على الكرة. --- SECTION: الطاقة الحركية --- Kinetic Energy تُذكر أن الطاقة الحركية يُعبر عنها بالعلاقة الآتية: KE=½mv² حيث m كتلة الجسم، و v مقدار سرعة الجسم. وتتناسب الطاقة الحركية طردياً مع كتلة الجسم، فكرة حديدية مثلاً كتلتها 7.26 kg مقذوفة في الهواء لها طاقة حركية أكبر مما لكرة بيسبول كتلتها 0.148 kg. كما تتناسب الطاقة الحركية لجسم طردياً مع سرعته؛ فالطاقة الحركية لسيارة تتحرك بسرعة 20 m/s تعادل أربعة أضعاف طاقة الحركة لسيارة مماثلة لها في الكتلة تتحرك بسرعة 10 m/s. وهناك أيضاً طاقة الحركة الناتجة عن الحركة الدورانية، فإذا دُورنا لعبة البلبل مثلاً مع الحفاظ على مركز كتلته، لأمكنك تعتقد أنه لا يوجد طاقة حركية للبلبل لأنه لم ينتقل قاطعاً أي مسافة، ولكن حتى تجعل البلبل يدور لا بد أن تبذل عليه شغلاً، وهذا نوع آخر من أنواع الطاقة المختلفة. وكما تعتمد الطاقة الحركية الخطية على سرعة الجسم، تعتمد الطاقة الحركية الدورانية على السرعة الزاوية ω. ومن جهة أخرى فالطاقة الحركية ترتبط بكتلة الجسم فقط. يمثل الشكل 3-5a غطاساً يقف على لوح الغطس، فيولد الشغل طاقة حركية خطية وأخرى دورانية؛ أما مركز كتلة الغطاس في أثناء الوثبة، حيث تتولد طاقة حركية خطية عندما يتحرك مركز كتلته، كما في الشكل 3-5b، الغطاس يتحرك نحو الماء وفي الوقت نفسه يدور مركز كتلته، بينما هو في وضع الانثناء (القرص)، فإن له طاقة حركية خطية وطاقة حركية دورانية. أما عندما يدخل الغطاس مفردة – كما في الشكل 3-5c – فإن طاقته الحركية تظهر على شكل طاقة حركية خطية. الشكل 3-5 يبذل الغطاس شغلاً عندما يدفع لوح الغطس إلى أسفل (a)، ويتحول جزء من طاقته الحركية المتولدة عن الشغل إلى طاقة حركية خطية عندما يدخل إلى الماء (c). --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: الشكل 3-5 يبذل الغطاس شغلاً عندما يدفع لوح الغطس إلى أسفل (a)، ويتحول جزء من طاقته الحركية المتولدة عن الشغل إلى طاقة حركية خطية عندما يدخل إلى الماء (c). Description: Image showing a diver preparing to jump, a diver in mid-air, and a diver entering the water. Context: Illustrates different types of kinetic energy (linear and rotational) during a dive. **FIGURE**: Untitled Description: Image showing a diver in a tucked position during a dive. Context: Illustrates rotational kinetic energy during a dive. **FIGURE**: Untitled Description: Image showing a diver's legs entering the water. Context: Illustrates linear kinetic energy as the diver enters the water.