ورقاتشرح درس ما الطاقة؟ ثاني متوسط الفصل الأول
الطاقة هي القدرة على إحداث تغيير، وتقاس بالجول، ولها أشكال متعددة تنقسم عمومًا إلى طاقة حركية في الأجسام المتحركة وطاقة كامنة مخزنة بسبب الوضع أو التركيب.
أهداف الدرس
- يعرّف الطاقة بأنها القدرة على إحداث تغيير ويذكر وحدتها الجول.
- يحسب الطاقة الحركية لجسم متحرك بالعلاقة ½ × الكتلة × مربع السرعة.
- يحسب طاقة الوضع الناتجة عن الجاذبية بالعلاقة الكتلة × تسارع الجاذبية × الارتفاع.
- يميز بين الطاقة الحركية والكامنة بأنواعها: الجاذبية والمرونية والكيميائية.
- يصنف أشكال الطاقة: الحرارية والكهربائية والإشعاعية والنووية.
المفهوم الأساسي
الطاقة هي القدرة على إحداث تغيير، وتقاس بالجول، ولها أشكال متعددة تنقسم عمومًا إلى طاقة حركية في الأجسام المتحركة وطاقة كامنة مخزنة بسبب الوضع أو التركيب.
شرح الدرس
تحرك كرة فتصطدم بكرات أخرى فتدفعها، وتسخّن يدك على مصباح فتشعر بالدفء، وتأكل فتنمو وتتحرك. وفي كل هذه الحالات هناك تغيير، والطاقة هي سببه.
ما الطاقة؟
الطاقة قدرة النظام على إحداث تغيير أو بذل شغل، كتحريك جسم أو تسخينه أو إضاءته. وتقاس بوحدة الجول (ويرمز له ج) نسبة إلى العالم جيمس جول. وللطاقة نوعان رئيسان: حركية وكامنة.
الطاقة الحركية
الطاقة الحركية طاقة الجسم بسبب حركته، وتزداد بزيادة كتلته وبزيادة سرعته:
«الطاقة الحركية = ½ × الكتلة × مربع السرعة»
مسألة: كرة كتلتها ٢ كجم تتحرك بسرعة ١٠ م/ث. أوجد طاقتها الحركية. الحل: مربع السرعة = ١٠ × ١٠ = ١٠٠ ← الطاقة = ½ × ٢ × ١٠٠ = ١٠٠ جول.
ويظهر أثر السرعة في أنها تدخل في القانون مربعة، فإذا تضاعفت السرعة صارت الطاقة أربعة أضعاف. ولذلك تكون الحوادث عند السرعات العالية أشد ضررًا.
الطاقة الكامنة
الطاقة الكامنة طاقة مخزنة في الجسم بسبب وضعه أو تركيبه، ومن أنواعها:
- طاقة وضع الجاذبية: تخزنها الأجسام المرتفعة عن الأرض، وتزداد بزيادة الكتلة والارتفاع.
- الطاقة الكامنة المرونية: تخزنها الأجسام المطاطية المشدودة أو المضغوطة كالقوس المشدود والنابض.
- الطاقة الكامنة الكيميائية: تخزنها الروابط في المواد، كالغذاء والبنزين والبطاريات.
«طاقة وضع الجاذبية = الكتلة × تسارع الجاذبية × الارتفاع»
وفي حل المسائل نأخذ تسارع الجاذبية ١٠ م/ث² تبسيطًا (والقيمة الدقيقة ٩٫٨ م/ث²).
مسألة: صندوق كتلته ٥ كجم على رف ارتفاعه ٤ م. أوجد طاقة وضعه. الحل: الطاقة = ٥ × ١٠ × ٤ = ٢٠٠ جول.
كلما زاد ارتفاع الجسم زادت طاقة وضعه، وتكون صفرًا عند مستوى الأرض المرجعي.
أشكال الطاقة
تظهر الطاقة في أشكال مختلفة:
- الطاقة الحرارية: طاقة حركة الجسيمات في المادة، كحرارة الشاي.
- الطاقة الكهربائية: طاقة حركة الشحنات الكهربائية في الأسلاك والأجهزة.
- الطاقة الإشعاعية: طاقة الضوء والأمواج الكهرومغناطيسية، وتصلنا من الشمس.
- الطاقة النووية: طاقة مخزنة في نوى الذرات، وتتحرر بالانشطار أو الاندماج.
وتنتقل الطاقة بين هذه الأشكال وتتحول، وهو موضوع الدرس القادم.
يعمل في مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية باحثون في الطاقة المتجددة وتخزينها.
عند حساب الطاقة الحركية نربع السرعة أولًا ثم نضرب في نصف الكتلة، ولا نربع حاصل الضرب.
نشاط تعليمي
المسألة الأولى
سيارة كتلتها ١٠٠٠ كجم تسير بسرعة ٢٠ م/ث. أوجد طاقتها الحركية.
مربع السرعة = ٤٠٠ ← الطاقة = ½ × ١٠٠٠ × ٤٠٠ = ٢٠٠٬٠٠٠ جول.
أن يطبق الطالب قانون الطاقة الحركية.
المسألة الثانية
جسم كتلته ٣ كجم رُفع إلى ارتفاع ٦ م (تسارع الجاذبية ١٠ م/ث²). أوجد طاقة وضعه.
الطاقة = ٣ × ١٠ × ٦ = ١٨٠ جول.
أن يحسب الطالب طاقة وضع الجاذبية.
التطبيق الثالث
صنف أنواع الطاقة في: قوس مشدود، بنزين في خزان، دراجة تسير، ضوء الشمس.
القوس كامنة مرونية، والبنزين كامنة كيميائية، والدراجة حركية، والضوء إشعاعية.
أن يصنف الطالب أشكال الطاقة.
ملاحظات مهمة
- 1الطاقة قدرة على إحداث تغيير وتقاس بالجول.
- 2الطاقة الحركية = ½ × الكتلة × مربع السرعة.
- 3طاقة وضع الجاذبية = الكتلة × تسارع الجاذبية × الارتفاع، وتسارع الجاذبية هنا ١٠ م/ث².
- 4أشكال الطاقة: حرارية وكهربائية وإشعاعية ونووية وكيميائية.
أخطاء شائعة
- ✗ خطأعدم تربيع السرعة في قانون الطاقة الحركية.✓ الصواب: السرعة تدخل مربعة، فمضاعفتها تضاعف الطاقة أربع مرات.
- ✗ خطأالقول إن الجسم الساكن لا طاقة له.✓ الصواب: قد يملك طاقة كامنة بسبب وضعه أو تركيبه.
+عرض جميع الأخطاء (3) ←إخفاء الأخطاء الإضافية
- ✗ خطأكتابة الطاقة بوحدة النيوتن.✓ الصواب: وحدة الطاقة هي الجول.
ملخص الدرس
- الطاقة قدرة على إحداث تغيير.
- الحركية للأجسام المتحركة، والكامنة للمخزنة بالوضع أو التركيب.
- الكامنة أنواع: جاذبية ومرونية وكيميائية.
- من أشكال الطاقة: الحرارية والكهربائية والإشعاعية والنووية.
هل أتقنت الدرس؟اختبر نفسك من خلال اختبار قصير من عدة أسئلة.
