سؤال 8: 8. رتب الكرات وفق الارتفاع الذي تصل إليه. ماذا تستنتج؟
الإجابة: الترتيب (من الأعلى إلى الأقل): الكرة الأصغر/الأقل كتلة ثم الكرة المتوسطة ثم الكرة الأكبر/الأكثر كتلة. - الاستنتاج: عند ضغط النابض بالمقدار نفسه تكون الطاقة المنقولة تقريبًا ثابتة، فتتحول إلى طاقة وضع جاذبية؛ لذلك كلما زادت كتلة الكرة قل الارتفاع الذي تصل إليه (الارتفاع يتناسب عكسيًا مع الكتلة).
خطوات الحل:
- **الشرح:** لنفهم هذا السؤال. لدينا تجربة نضغط فيها نابضًا (زنبركًا) بنفس المقدار، ثم نطلق منه كرات ذات كتل مختلفة. السؤال يطلب ترتيب هذه الكرات حسب الارتفاع الذي تصل إليه بعد الإطلاق، ثم استنتاج العلاقة. الفكرة هنا هي أن ضغط النابض بنفس المقدار يعني أننا نخزن فيه نفس كمية الطاقة تقريبًا (طاقة وضع مرونية). عند تحرير النابض، تتحول هذه الطاقة إلى طاقة حركة للكرة (طاقة حركية). ثم أثناء صعود الكرة، تتحول طاقتها الحركية إلى طاقة وضع جاذبية. لذلك، في أعلى نقطة يصل إليها الجسم، تكون طاقة الحركة قد تحولت بالكامل إلى طاقة وضع جاذبية. قانون طاقة وضع الجاذبية هو: $$U = m \times g \times h$$ حيث (m) الكتلة، (g) تسارع الجاذبية، (h) الارتفاع. بما أن الطاقة المنقولة من النابض (والتي أصبحت طاقة وضع جاذبية) ثابتة تقريبًا للكرات جميعًا، فإن حاصل ضرب (الكتلة × الارتفاع) يجب أن يكون ثابتًا. هذا يعني أنه إذا زادت الكتلة (m)، يجب أن يقل الارتفاع (h) للحفاظ على ثبات حاصل الضرب، والعكس صحيح. إذن، الكرة ذات الكتلة الأصغر ستصل إلى ارتفاع أكبر لأنها تحتاج ارتفاعًا أكبر لتمثيل نفس كمية الطاقة. والكرة ذات الكتلة الأكبر ستصل إلى ارتفاع أقل. لذلك، الإجابة هي: **الترتيب (من الأعلى إلى الأقل):** الكرة الأصغر/الأقل كتلة، ثم الكرة المتوسطة، ثم الكرة الأكبر/الأكثر كتلة. **الاستنتاج:** عند ضغط النابض بالمقدار نفسه تكون الطاقة المنقولة تقريبًا ثابتة، فتتحول إلى طاقة وضع جاذبية؛ لذلك كلما زادت كتلة الكرة قل الارتفاع الذي تصل إليه (الارتفاع يتناسب عكسيًا مع الكتلة).