گاما رو نصب کن!

{{ number }}
اعلان ها
اعلان جدیدی وجود ندارد!
کاربر جدید

جستجو

پربازدیدها: #{{ tag.title }}

میتونی لایو بذاری!

انرژی پتانسیل: انرژی ذخیره‌شده در اجسام به علت موقعیت یا شکل آن‌ها

بروزرسانی شده در: 14:43 1404/08/29 مشاهده: 6     دسته بندی: کپسول آموزشی

انرژی پتانسیل: انرژی ذخیره‌شده برای روز مبادا!

آشنایی با انرژی نهفته در اجسام و محیط اطراف ما
خلاصه: انرژی پتانسیل۱ شکلی از انرژی است که در اجسام به دلیل موقعیت یا شکلشان ذخیره می‌شود. این مقاله به زبان ساده به بررسی انواع اصلی این انرژی، از جمله انرژی پتانسیل گرانشی۲ و انرژی پتانسیل کشسانی۳ می‌پردازد و با مثال‌های ملموس از زندگی روزمره، مانند یک توپ روی میز یا فنر اسباب‌بازی، این مفاهیم را برای دانش‌آموزان پایه هفتم شفاف می‌کند.

انرژی پتانسیل چیست و چگونه کار می‌کند؟

فرض کن یک توپ پینگ‌پنگ را در دستت گرفته‌ای و آن را بالا می‌بری. این توپ اکنون انرژی ذخیره‌شده دارد. این انرژی، همان انرژی پتانسیل است. انرژی پتانسیل به جسم این قابلیت را می‌دهد که در آینده کار انجام دهد. وقتی توپ را رها می‌کنی، این انرژی ذخیره‌شده آزاد می‌شود و به انرژی حرکتی (جنبشی) تبدیل می‌گردد.

فرمول اصلی انرژی پتانسیل گرانشی:
$PE = mgh$
در این فرمول:
  • PE نماد انرژی پتانسیل گرانشی است.
  • m نماد جرم جسم (مثلاً توپ) است.
  • g نماد شتاب گرانش زمین است.
  • h نماد ارتفاع جسم از سطح مبنا است.

انواع اصلی انرژی پتانسیل

انرژی پتانسیل را می‌توان به چند دسته‌ی مهم تقسیم کرد. دو نوع از مهم‌ترین آن‌ها که در زندگی روزمره بسیار با آن‌ها سر و کار داریم، در جدول زیر معرفی شده‌اند:

نوع انرژی پتانسیل علت ذخیره‌سازی انرژی مثال‌های ملموس
انرژی پتانسیل گرانشی موقعیت جسم در یک میدان گرانشی (مثل ارتفاع) • کتاب روی قفسه
• برفی که روی شیروانی خانه نشسته
• آب پشت سد
انرژی پتانسیل کشسانی تغییر شکل اجسام کشسان (فشرده‌سازی یا کشیده‌شدن) • فنر خودکار فشرده
• کش پاره‌شده‌ی تیر و کمان
• ترامپولین وقتی روی آن می‌پری

تبدیل انرژی پتانسیل به سایر انرژی‌ها

جالب است بدانی که انرژی پتانسیل می‌تواند به شکل‌های دیگر انرژی تبدیل شود. این تبدیل انرژی در بسیاری از وسایل و پدیده‌های اطراف ما اتفاق می‌افتد.

یک مثال ساده، چراغ قوه‌ی دستی است. وقتی تو اهرم چراغ قوه را فشار می‌دهی، در واقع یک فنر را فشرده می‌کنی و به آن انرژی پتانسیل کشسانی می‌دهی. با رها کردن اهرم، این انرژی آزاد می‌شود و معمولاً به انرژی حرکتی و سپس انرژی الکتریکی تبدیل می‌گردد تا لامپ چراغ روشن شود.

مثال دیگر، ساخت سد آبی است. مهندسان با جمع‌آوری آب در پشت یک سد بلند، حجم عظیمی از انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره می‌کنند. وقتی دریچه‌های سد باز می‌شوند، آب از ارتفاع بالا به سمت پایین سرازیر می‌شود. انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی تبدیل شده و سپس با چرخاندن توربین‌های بزرگ، به انرژی الکتریکی (برق) تبدیل می‌شود که ما در خانه‌های خود از آن استفاده می‌کنیم.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

سوال: آیا یک توپ که روی زمین قرار دارد، انرژی پتانسیل گرانشی دارد؟
پاسخ: بله، اما مقدار آن صفر در نظر گرفته می‌شود. زیرا ارتفاع آن از سطح مبنا (که معمولاً خود زمین است) صفر است. اگر توپ را در گودالی پایین‌تر از سطح زمین قرار دهی، حتی انرژی پتانسیل منفی خواهد داشت! اما در محاسبات ساده، سطح زمین را صفر می‌گیریم.
سوال: اگر دو جسم با جرم‌های مختلف در یک ارتفاع قرار بگیرند، کدام یک انرژی پتانسیل بیشتری دارد؟
پاسخ: جسمی که جرم بیشتری دارد. طبق فرمول $PE = mgh$، انرژی پتانسیل به جرم جسم (m) بستگی دارد. پس یک کامیون در ارتفاع معین، انرژی پتانسیل بسیار بیشتری از یک توپ پینگ‌پنگ در همان ارتفاع دارد.
سوال: آیا انرژی پتانسیل فقط مختص اجسام سنگین است؟
پاسخ: خیر! حتی یک کش نازک که کشیده شده است نیز انرژی پتانسیل کشسانی دارد. یا یک آهنربا که نزدیک یک شیء آهنی نگه داشته شده، انرژی پتانسیل مغناطیسی دارد. پس انرژی پتانسیل فقط مربوط به وزن نیست، بلکه به موقعیت و شکل همه‌ی اجسام، کوچک یا بزرگ، مربوط می‌شود.
جمع‌بندی: در این مقاله آموختیم که انرژی پتانسیل، انرژی ذخیره‌شده در اجسام به خاطر موقعیت یا شکل آن‌هاست. این انرژی می‌تواند به شکل‌های دیگر مانند انرژی حرکتی یا الکتریکی تبدیل شود. با درک این مفهوم ساده اما قدرتمند، می‌توانیم نحوه‌ی کارکرد بسیاری از پدیده‌های جهان اطراف خود، از یک اسباب‌بازی ساده گرفته تا یک سد عظیم تولید برق، را بهتر توضیح دهیم.

پاورقی

۱ انرژی پتانسیل (Potential Energy): انرژی ذخیره‌شده در یک جسم به دلیل موقعیت، شکل یا پیکربندی آن.
۲ انرژی پتانسیل گرانشی (Gravitational Potential Energy): انرژی ذخیره‌شده در یک جسم به دلیل موقعیت آن در یک میدان گرانشی، مانند ارتفاع از سطح زمین.
۳ انرژی پتانسیل کشسانی (Elastic Potential Energy): انرژی ذخیره‌شده در یک جسم کشسان هنگامی که تغییر شکل می‌یابد (کشیده، فشرده یا خم می‌شود).

انرژی انرژی پتانسیل انرژی ذخیره‌شده انرژی گرانشی فنر و انرژی