كيف تتحول الطاقة بين الحركة والوضع؟ ومتى تبقى الطاقة الميكانيكية ثابتة؟How does energy shift between motion and position? When does mechanical energy stay constant?
الطاقة الميكانيكية لجسم هي مجموع طاقته الحركية وطاقة وضعه. وهي تتغير عندما تتغير سرعة الجسم أو ارتفاعه، لكن في نظام محافظ لا تتغير.The mechanical energy of a body is the sum of its kinetic energy and potential energy. It changes when the body’s speed or height changes, but in a conservative system it does not change.
ينص مبدأ حفظ الطاقة على أن الطاقة في النظام المعزول لا تفنى ولا تُستحدث، ولكن تتحول من شكل إلى آخر. فتتحول الطاقة الحركية إلى حرارية بالاحتكاك، وتتحول طاقة الوضع إلى حركية أثناء السقوط الحر.The principle states that energy in an isolated system is neither created nor destroyed, but transforms from one form to another. Kinetic energy turns into heat through friction, and potential energy turns into kinetic energy during free fall.
جرّب بنفسك: اضغط «ابدأ»، ثم فعّل الاحتكاك وغيّر μ، ولاحظ أن المجموع يساوي الطاقة الابتدائية دائمًا.Try it yourself: press “Start”, then turn friction on and change μ. Notice that the total always equals the initial energy.
الهدف: أن تلاحظ أن مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع ثابت إذا لم يوجد احتكاك، وأن جزءًا منه يتحول إلى حرارة إذا وُجد احتكاك. اضغط «ابدأ» ثم غيّر القيم.Goal: see that the sum of kinetic and potential energy stays constant without friction, and that part of it turns into heat when friction is present. Press “Start”, then change the values.
راقب تحول الطاقة في البندول، ثم فعّل مقاومة الهواء لترى تناقص الطاقة الميكانيكية.Watch the energy exchange in the pendulum, then turn on air resistance to see the mechanical energy decrease.
الهدف: أن تلاحظ أن الطاقة الميكانيكية للبندول المثالي ثابتة عند كل نقطة، وأن الطاقة الحركية تكون أكبر عند القاع، وطاقة الوضع أكبر عند أعلى نقطة. فعّل «مقاومة الهواء» لترى تناقص الطاقة الميكانيكية.Goal: see that the mechanical energy of an ideal pendulum is the same at every point, that kinetic energy is largest at the bottom and potential energy largest at the highest point. Turn on “air resistance” to see the mechanical energy decrease.
A و C أقصى إزاحة على جهتي الاتزان، وB موضع الاتزان (h = 0).A and C are the maximum displacements on either side; B is equilibrium (h = 0).
خيط طوله L = 0.8 m، كتلته m = 0.2 kg، أُزيح بزاوية 30° عند الموضع A وترك ليهتز. أكمل الجدول بافتراض أن مستوى الصفر هو موضع الاتزان (g = 9.8 m/s²).A string of length L = 0.8 m carries m = 0.2 kg and is released from position A at 30°. Complete the table, taking equilibrium as the zero level (g = 9.8 m/s²).
| طاقة الحركة KE (J)KE (J) | طاقة الوضع GPE (J)GPE (J) | الارتفاع h (m)Height h (m) | الموضعPosition |
|---|---|---|---|
| A | |||
| B | |||
| C |
عندما ينزلق جسم على مستوى أملس من السكون، تتحول طاقة وضعه كلها إلى حركية، فتكون سرعته عند أسفل المستوى v = √(2gh)، وهي لا تعتمد على الكتلة.When a body slides from rest down a smooth incline, all its potential energy becomes kinetic, so its speed at the bottom is v = √(2gh), which does not depend on mass.
طاقة الوضع المرونية للزنبرك U_S = ½ K X². عند إزاحة جسم معلّق بزنبرك وتركه، تبقى الطاقة الميكانيكية ثابتة إذا لم يوجد احتكاك أو مقاومة هواء.The elastic potential energy of a spring is U_S = ½ K X². When a body hanging on a spring is displaced and released, the mechanical energy stays constant if there is no friction or air resistance.
تجربة تفاعلية: كتلة على زنبرك تهتز على سطح أفقي أملس. لاحظ تبادل الطاقة بين المرونية والحركية، وأن الزمن الدوري لا يتغير بتغير السعة.Interactive experiment: a mass on a spring oscillating on a smooth horizontal surface. Notice the exchange between elastic and kinetic energy, and that the period does not depend on the amplitude.
الهدف: أن تلاحظ أن الحركة توافقية بسيطة، وأن الطاقة تتبادل بين طاقة الوضع المرونية وطاقة الحركة، وأن مجموعهما ثابت عند غياب الاحتكاك. النقاط المحددة على المسار: A أقصى إزاحة إلى اليسار، وB موضع الاتزان، وC أقصى إزاحة إلى اليمين. غيّر السعة والكتلة وثابت الزنبرك وراقب التغير.Goal: see that the motion is simple harmonic, that energy is exchanged between elastic potential energy and kinetic energy, and that their sum stays constant without friction. Marked points on the track: A is maximum displacement to the left, B is equilibrium, C is maximum displacement to the right. Change the amplitude, mass and spring constant and watch the changes.
عند حركة جسم على سطح خشن يُستهلك جزء من الطاقة في الاحتكاك ويتحول إلى طاقة حرارية. لذلك يكون مجموع الطاقة الميكانيكية الابتدائية والشغل ضد الاحتكاك مساويًا للطاقة الميكانيكية النهائية.When a body moves on a rough surface, part of the energy is used against friction and becomes thermal energy. So the initial mechanical energy plus the work done against friction equals the final mechanical energy.
20 سؤالاً - الطاقة الحركية، طاقة الوضع، وحفظ الطاقة 20 Questions - Kinetic energy, potential energy and conservation
اضغط «تشغيل» لتعمل المحاكاة هنا داخل الدرس؛ ويمكن للطالب الرجوع إليها لتجربة الفكرة بطريقة أخرى.Press “Run” to start the simulation right here inside the lesson; the student can come back to it to try the idea another way.



