نگاه اجمالي

ابداع مفهوم انرژي قطعا يکي ار برجسته‌ترين نمونه‌هاي خلاقيت بشر در زمينه علمي است. مطالعه علمي عالم فيزيکي ، از هر نوع که باشد در نهايت سر از مفاهيم ماده و انرژي در مي‌آورد. اين دو مفهوم در کنار هم ، همان چيزي است که عالم را تشکيل مي‌دهد. درک شهودي ما از ماده در همان سالهاي آغازين زندگي شکل مي‌گيرد و حتي همچنين از جنبه‌هاي کمي آنرا هم شامل مي‌شود. اما در مقابل پنداره مربوط به انرژي ظريفتر و انتزاعي تر است. ما معمولا نمي‌توانيم انرژي را مستقيما حس کنيم: انرژي چيزي نيست که بتوانيم آنرا لمس کنيم، ببينيم و يا بشنويم. در عوض انرژي را معمولا در جسمي که يا جسم ديگري برهمکنش دارد احساس مي‌کنيم.

مفهوم انرژي مکانيکي

مجموع انرژي پتانسيل و انرژي جنبشي هر جسم نسبت به محيط و نيز مي‌توانيم قانون بقاي انرژي مکانيکي را مطرح کنيم. انرژي مکانيکي به يکي از انواع متمايز انرژي نسبت به ديگر انواع انرژي مثل انرژي الکترومغناطيسي ، هسته‌اي ، اتمي و يا شيميايي است. که هميشه با مکان حرکت يا حرکت ماده يا جسم مادي سر و کار دارد. انرژي مکانيکي به دو صورت جنبشي و پتانسيل هستند.

قانون پايستگي انرژي مکانيکي

قانوني که بنا به آن ، در هر دستگاه پايستار ، انرژي مکانيکي کل پايسته (ثابت) است. يعني اگر دستگاهي بدون اصطکاک يا مقاومت هوا باشد، مجموع انرژيهاي پتانسيل و جنبشي آن ثابت است.

سير تحولي و رشد

با آنکه قضيه کار - انرژي مستقيما از قانون دوم نيوتن بدست مي‌آيد، اما بد نيست يادآوري شود که مفهوم انرژي در زمان نيوتن هنوز ابداع نشده بود. تقريبا غير ممکن است که بتوانيم مفهوم انرژي را بدون در نظر گرفتن مفهوم کار ، که رابطه تنگاتنگي با آن دارد به تصوير در آوريم. کار عبارت است از حاصل ضرب نيروي وارد بر بک جسم (ااF) و جابه جايي آن جسم (d) در اينجا ااF مؤلفه‌اي از نيرو است که جابجايي موازي است در شکل نمادين داريم w = f.d يا w = ?f.dr که در آن w کار انجام شده در اين جابجايي است.

انرژي پتانسيل مکانيکي

اصطلاح انرژي مکانيکي براي توصيف وضعيتي بکار مي‌رود که در آن يک جسم يا مقداري جرم بخاطر موقعيت يا مکانش توانايي انجام کار دارد و نمونه‌اي از جسمي که بخاطر مکانش داراي انرژي پتانسيل است نشان داده مي‌شود. در اين شکل گلوله به جرم m را مي‌بينند که درست بالاي سر بيضي که گلوله را نگه داشته است ناگهان رها بشود. گلوله روي ميخ مي‌افتد و آنرا بيشتر در تخته فرو مي‌برد. از ديدگاه علمي ، مي‌گوييم گلوله قبل از فرو افتادن انرژي پتانسيل گرانشي داشته است. در اينجا دليل استفاده از اصطلاح انرژي پتانسيل ، g انرژي پتانسيل به معني انرژي ذخيره‌اي و بالقوه براي ما روشين مي‌شود. انرژي موجود در گلوله تا پيش از رها شدن آشکار شدني نيست. مقدار انرژي پتانسيل گلوله پيش از اين که رها بشود برابر است با mgH ارتفاع گلوله است که از مرکز نقطه تا بالاي تخته اندازه گيري مي‌شود. در حقيقت کميت mgH درست همان کاري است که درصورت سقوط گلوله از ارتفاع H ، نيروي گراني مي‌تواند روي گلوله انجام بدهد.

انرژي پتانسيل گرانشي

با آنکه گلوله پتانسيل انجام کار (يعني فرو رفتن ميخ در تخته) را دارد. اما تا وقتي که به علاوه ، ان انرژي پتانسيل کاري را به دليل گرانشي مي گويند که به محل رها شدن گلوله نيروي وزن mg گلوله شتاب مي‌دهد.

انرژي جنبشي مکانيکي

گلوله همين که شروع به سقوط کرد انرژي جنبشي کسب مي‌کند، که در واقع انرژي ناشي از حرکت گلوله است. اکنون انرژي مکانيکي گلوله ناگهان آشکار مي‌شود. قطعا هر کس که شاهد سقوط گلوله‌اي سنگين بوده باشد خيلي زود انرژي آنرا حس کرده است. مقدار انرژي جنبشي گلوله برابر است با: mV2/2 که در آن v سرعت گلوله است. البته موقعي که گلوله سقوط مي‌کند مي‌گوييم انرژي پتانسيل از دست مي‌دهد (چون ارتفاعش کم مي‌شود) و انرژي جنبشي بدست مي‌آورد (چون مداوم سرعتش زياد مي‌شود).

نکته‌اي در مورد انرژي پتانسيل و جنبشي

يک نکته مهم درباره اين دو صورت انرژي اين است که مجموع آنها تقريبا ثابت مي‌ماند. به اين دليل مي‌گوييم تقريبا ثابت که کمي از انرژي گلوله ، در حين سقوط ، بخاطر برخورد با مولکولهاي هوا تبديل به گرما مي‌شود (در اجسامي مانند شهاب سنگها که با سرعتهاي خيلي زياد سقوط مي‌کنند، مقداري زياد از انرژي پتانسيل تبديل به گرما مي‌شود). پس در جايي که هوا وجود نداشته باشد مثل سطح کره ماه يا داخل محفظه‌اي خلأ ، مي‌توانيم بگوييم که مجموع انرژيهاي پتانسيل و جنبشي ثابت مي‌ماند. به صورت رياضي مي‌توانيم mgh + 1/2 mv2 = mgH که در آن h عبارت است از ارتفاع گلوله از بالاي تخته در لحظه‌اي که سرعتش برابر v مي‌شود. در پايان و به ارتباط ميان انرژي و کار باز مي‌گرديم.
منبع: http://atwis.com
/س