انرژی گرانشی

وقتی توپی به سمت بالا پرتاب می شود، آن گاه توپ مقداری انرژی جنبشی دارد كه هر چه توپ اوج می گیرد، مقدارش كاهش می یابد. در نقطه اوج، توپ هیچ انرژی جنبشی ندارد، اما در هنگام سقوط، انرژی جنبشی مجدداً ظاهر می شود.

در حین صعود انرژی جنبشی توپ چرا كم می شود؟ آیا این امر با بقای انرژی در تضاد نیست؟

كم شدنانرژی جنبشی و ظهور مجدد ‌آن، با كار انجام شده بر روی توپ قابل بیان می‌باشد. وقتی توپ بالا می رود، نیروی جاذبه زمین روی توپ كار انجام می دهد و انرژی جنبشی كاهش می یابد. این روند تا زمانی ادامه دارد كه انرژی جنبشی به صفر برسد. در هنگام سقوط نیروی جاذبه زمین باعث افزایش انرژی جنبشی توپ می شود و این افزایش متناظر همان مقدار از دست رفته در هنگام صعود می باشد.

لذا به جای این جمله ساده كه: در هنگام صعود انرژی جنبشی از بین می رود، ما می توانیم براساس اصل بقای انرژی، یك نوع انرژی جدید را تعریف كنیم. این انرژی جدید انرژی پتانسیل گرانشی می باشد.

ما برای تعریف این انرژی جدید چند سر نخ داریم:

و در ضمن انرژی پتانسیل گرانشی با كار نیروی جاذبه گرانشی مرتبط می باشد.

(در نظر داشته باشید كه جرم (m) برحسب كیلوگرم و ارتفاع  (h )برحسب متر قرار داده شده است.)

انرژی پتانسیل  شاتل به جرم ١٠٠ تن در ارتفاع ١ کیلومتری سطح زمین چقدر است؟

m=100 ton = 100000kg  , h= 1 km = 1000m

U= mgh = 100000*10000*10= 1000,000,000

به مدل سازی زیر توجه كنید. در این مدل سازی شما می توانید فردی را با سرعتی مشخص به سمت بالا پرتاب كنید!

برای این منظور سرعت پرتاب فرد ( launch speed ) و شتاب گرانش (g) را در محل مشخص شده بنویسید، سپس روی کلید  OK تقه بزنید. حال روی كلید شروع(Start) تقه بزنید، فرد به سمت بالا پرتاب می شود.

به دقت به كاهش سرعت و انرژی جنبشی ( ستون آبی رنگ ) توجه كنید؟

این كاهش انرژی باعث چه می گردد؟ مقدار انرژی ذخیره شده (ستون قرمز رنگ )چه تغییر می كند؟

در حین سقوط انرژی جنبشی چه تغییری می كند؟

جهت مشاهده مدل سازی اینجا را کلیک کنید و فایل index را بازکنید.

گروه مدرسه اینترنتی سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: سمیرا بادامستانی