الأهداف - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 5-2 حفظ الطاقة

المفاهيم الأساسية

قانون حفظ الطاقة: في النظام المعزول المغلق، لا تفنى الطاقة ولا تستحدث، بل يبقى المجموع الكلي للطاقة محفوظاً ويتحول من شكل إلى آخر.

الطاقة الميكانيكية (E): مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع الجاذبية للنظام. E = KE + PE

خريطة المفاهيم

```markmap

الفصل 5: الطاقة وحفظها

1-5 الأشكال المتعددة للطاقة

طاقة الوضع المرونية

#### التخزين

• يحدث عند بذل شغل على جسم مرن (شد أو ثني)
• أمثلة: وتر القوس، كرات المطاط، الأربطة المطاطية، المقاليع، منصات القفز، زانات القفز

#### المواد وتأثيرها

• مواد قاسية (خشب الخيزران، فلز): يصعب انحناؤها، لذا تخزن طاقة وضع قليلة
• مواد مرنة (ألياف زجاجية): يسهل انحناؤها، لذا تخزن طاقة وضع مرونية كبيرة

#### التحولات

• من طاقة حركية إلى طاقة وضع مرونية (عند ثني الزانة)
• من طاقة وضع مرونية إلى طاقة حركية (عند إفلات وتر القوس)
• من طاقة وضع مرونية إلى طاقة وضع جاذبية وطاقة حركية (عند استقامة الزانة)

الطاقة السكونية

#### المفهوم

• الكتلة نفسها هي شكل من أشكال الطاقة (أينشتاين)
• الطاقة المخزنة في كتلة الجسم

#### العلاقة الرياضية

• E₀ = mc²

#### التطبيقات

• أي تغير في طاقة الجسم (مثل انضغاط نابض) يؤدي إلى تغير طفيف في كتلته
• يصعب قياس التغير في الكتلة عندما تكون الطاقة صغيرة
• يكون التغير ملحوظاً عندما تكون الطاقة كبيرة جداً (مثل الطاقة الحركية العالية)

2-5 حفظ الطاقة

قانون حفظ الطاقة

• في النظام المعزول المغلق، يبقى المجموع الكلي للطاقة ثابتاً.
• لا تفنى الطاقة ولا تستحدث، بل تتحول من شكل إلى آخر.

الطاقة الميكانيكية

#### التعريف

• مجموع الطاقة الحركية (KE) وطاقة الوضع الجاذبية (PE) للنظام.
• E = KE + PE

#### التحولات

• عند سقوط جسم: تتحول طاقة الوضع الجاذبية إلى طاقة حركية.
• النقص في طاقة الوضع يساوي الزيادة في الطاقة الحركية.
• المجموع الكلي للطاقة الميكانيكية يبقى ثابتاً (في غياب قوى غير محافظة).

المفردات

• التصادم فوق المرن
• التصادم المرن
• التصادم عديم المرونة

```

نقاط مهمة

• الأهداف: حل مسائل باستخدام قانون حفظ الطاقة، وحل التصادمات لإيجاد التغير في الطاقة الحركية.
• عندما تتحرك كرة قرب سطح الأرض، يكون مجموع طاقة الوضع الجاذبية والطاقة الحركية ثابتاً.
• إذا لاحظ العلماء فقدان طاقة من نظام، فإنهم يبحثون عن الشكل الجديد الذي تحولت إليه الطاقة.
• مثال: كرة وزنها 10.0 N على ارتفاع 2.00 m: PE = 20.0 J، KE = 0.0 J. عند ارتفاع 1.00 m: PE = 10.0 J، KE = 10.0 J. المجموع الكلي يبقى 20.0 J.

الأهداف • تحل مسائل باستخدام قانون حفظ الطاقة. • تحل التصادمات لإيجاد التغير في الطاقة الحركية.

المفردات قانون حفظ الطاقة الطاقة الميكانيكية التصادم فوق المرن التصادم المرن التصادم العديم المرونة

عندما تتحرك كرة قريباً جداً من سطح الأرض يكون المجموع الكلي للطاقة الوضع الجاذبية والطاقة الحركية في النظام مقداراً ثابتاً. وعند تغير ارتفاع الكرة تتحول الطاقة، ولكن يبقى المجموع الكلي للطاقة هو نفسه.

حفظ الطاقة Conservation of Energy

قد لا تبدو الطاقة محفوظة في حياتنا اليومية. فالقرص المطاطي في لعبة الهوكي يفقد طاقته ويتوقف عن الحركة في النهاية، حتى على السطح الجليدي الأملس. ويتوقف البندول عن الحركة بعد فترة زمنية ما. ويمكننا استخدام نموذج المال مرة أخرى لنبين ما يحدث في هذه الحالات. افترض أن لديك 50 ريالاً، وقمت في أحد الأيام بعد نقودك فوجدتها ناقصة 10 ريالات. فهل اختفت النقود؟ ربما تحاول أن تتذكر هل أنفقتها، وستحاول أن تتذكر كيف أنفقت النقود، أو أين ذهبت. قانون حفظ الطاقة يعمل العلماء كما فعلت عندما لم يكن مجموع المال صحيحاً، فإذا لاحظوا أن الطاقة تفقد من النظام، فإنهم يبحثون عن شكل جديد يمكن أن تكون الطاقة قد تحولت إليه، هذا لأن المجموع الكلي للطاقة في أي نظام يبقى ثابتاً ما دام النظام مغلقاً ومعزولاً عن القوى الخارجية. وينص قانون حفظ الطاقة على أنه في النظام المعزول المغلق، لا تفنى الطاقة ولا تستحدث، بل يبقى المجموع الكلي للطاقة محفوظة تحت هذه الشروط، وتتحول من شكل إلى آخر، بحيث يبقى المجموع الكلي للطاقة في النظام ثابتاً.

حفظ الطاقة الحركية والطاقة الكامنة يسمى مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع الجاذبية للنظام الطاقة الميكانيكية E. وفي أي نظام إذا لم يكن هناك أنواع أخرى من الطاقة فإن الطاقة الميكانيكية للنظام يعبر عنها بالمعادلة:

E = KE + PE

"الطاقة الميكانيكية لنظام تساوي مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع الجاذبية " "يمكن هناك أنواع أخرى من الطاقة".

تحيل نظاماً يتكون من كرة وزنها 10.0 N والأرض، كما في الشكل 5-9، وافترض أن الكرة موجودة على ارتفاع 2.00 m فوق سطح الأرض الذي ستعده مستوى الإسناد، ولأن الكرة الآن لأن تتحرك فليس لها طاقة حركية. ويعبر عن طاقة الوضع حركية وطاقة الوضع الجاذبية إذا لم بالعلاقة: PE = mgh = (10.0 N) (2.00 m) = 20.0 J

وبسقوط الكرة فإنها تفقد طاقة وضع، وتسقط الكرة فإنها تفقد طاقة وضع على ارتفاع 1.0m فوق سطح الأرض فإن: PE = mgh = (10.0 N) (1.00 m) = 10.0 J

إن المجموع الكلي للطاقة الميكانيكية للكرة 20.0 ، وعندما تصبح الكرة على ارتفاع 1.0m فوق سطح وتكتسب طاقة حركية، وعندما تفقد الكرة 10.0 J من طاقة الوضع، فإنها تكتسب طاقة حركية. الأرض وتكتسب طاقة حركية.

الشكل 9-5 النقص في طاقة الوضع يساوي الزيادة في الطاقة الحركية.

--- SECTION: الأهداف --- الأهداف • تحل مسائل باستخدام قانون حفظ الطاقة. • تحل التصادمات لإيجاد التغير في الطاقة الحركية. --- SECTION: المفردات --- المفردات قانون حفظ الطاقة الطاقة الميكانيكية التصادم فوق المرن التصادم المرن التصادم العديم المرونة عندما تتحرك كرة قريباً جداً من سطح الأرض يكون المجموع الكلي للطاقة الوضع الجاذبية والطاقة الحركية في النظام مقداراً ثابتاً. وعند تغير ارتفاع الكرة تتحول الطاقة، ولكن يبقى المجموع الكلي للطاقة هو نفسه. --- SECTION: حفظ الطاقة --- حفظ الطاقة Conservation of Energy قد لا تبدو الطاقة محفوظة في حياتنا اليومية. فالقرص المطاطي في لعبة الهوكي يفقد طاقته ويتوقف عن الحركة في النهاية، حتى على السطح الجليدي الأملس. ويتوقف البندول عن الحركة بعد فترة زمنية ما. ويمكننا استخدام نموذج المال مرة أخرى لنبين ما يحدث في هذه الحالات. افترض أن لديك 50 ريالاً، وقمت في أحد الأيام بعد نقودك فوجدتها ناقصة 10 ريالات. فهل اختفت النقود؟ ربما تحاول أن تتذكر هل أنفقتها، وستحاول أن تتذكر كيف أنفقت النقود، أو أين ذهبت. قانون حفظ الطاقة يعمل العلماء كما فعلت عندما لم يكن مجموع المال صحيحاً، فإذا لاحظوا أن الطاقة تفقد من النظام، فإنهم يبحثون عن شكل جديد يمكن أن تكون الطاقة قد تحولت إليه، هذا لأن المجموع الكلي للطاقة في أي نظام يبقى ثابتاً ما دام النظام مغلقاً ومعزولاً عن القوى الخارجية. وينص قانون حفظ الطاقة على أنه في النظام المعزول المغلق، لا تفنى الطاقة ولا تستحدث، بل يبقى المجموع الكلي للطاقة محفوظة تحت هذه الشروط، وتتحول من شكل إلى آخر، بحيث يبقى المجموع الكلي للطاقة في النظام ثابتاً. --- SECTION: حفظ الطاقة الحركية والطاقة الكامنة --- حفظ الطاقة الحركية والطاقة الكامنة يسمى مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع الجاذبية للنظام الطاقة الميكانيكية E. وفي أي نظام إذا لم يكن هناك أنواع أخرى من الطاقة فإن الطاقة الميكانيكية للنظام يعبر عنها بالمعادلة: E = KE + PE "الطاقة الميكانيكية لنظام تساوي مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع الجاذبية " "يمكن هناك أنواع أخرى من الطاقة". تحيل نظاماً يتكون من كرة وزنها 10.0 N والأرض، كما في الشكل 5-9، وافترض أن الكرة موجودة على ارتفاع 2.00 m فوق سطح الأرض الذي ستعده مستوى الإسناد، ولأن الكرة الآن لأن تتحرك فليس لها طاقة حركية. ويعبر عن طاقة الوضع حركية وطاقة الوضع الجاذبية إذا لم بالعلاقة: PE = mgh = (10.0 N) (2.00 m) = 20.0 J وبسقوط الكرة فإنها تفقد طاقة وضع، وتسقط الكرة فإنها تفقد طاقة وضع على ارتفاع 1.0m فوق سطح الأرض فإن: PE = mgh = (10.0 N) (1.00 m) = 10.0 J إن المجموع الكلي للطاقة الميكانيكية للكرة 20.0 ، وعندما تصبح الكرة على ارتفاع 1.0m فوق سطح وتكتسب طاقة حركية، وعندما تفقد الكرة 10.0 J من طاقة الوضع، فإنها تكتسب طاقة حركية. الأرض وتكتسب طاقة حركية. --- SECTION: الشكل 9-5 --- الشكل 9-5 النقص في طاقة الوضع يساوي الزيادة في الطاقة الحركية. --- VISUAL CONTEXT --- **GRAPH**: النقص في طاقة الوضع يساوي الزيادة في الطاقة الحركية. Description: A bar chart illustrating the conservation of mechanical energy. It shows three scenarios for a ball falling under gravity. The y-axis represents height (0.00 m, 1.00 m, 2.00 m). The x-axis represents energy values in Joules (J) and force in Newtons (N). Each scenario has two bars: KE (Kinetic Energy) and PE (Potential Energy). X-axis: Energy (J) / Force (N) Y-axis: Height (m) Data: The chart shows that as the ball falls, potential energy (PE) decreases while kinetic energy (KE) increases. The sum of KE and PE remains constant (20.0 J) throughout the fall, illustrating the conservation of mechanical energy. Key Values: PE at 2.00 m = 20.0 J, KE at 2.00 m = 0.0 J, PE at 1.00 m = 10.0 J, KE at 1.00 m = 10.0 J, PE at 0.00 m = 0.0 J, KE at 0.00 m = 20.0 J Context: Illustrates the principle of conservation of mechanical energy, where potential energy is converted into kinetic energy as an object falls, and vice versa, while the total mechanical energy remains constant in the absence of non-conservative forces like air resistance.