محاكاة الطاقة الحركية والكامنة

الطاقة لا تُفقد أبدًا، بل تتحوّل من نوع إلى آخر. المتزلّج المرتفع على المسار يملك طاقة مخزَّنة (طاقة كامنة) تساوي m g h، وهي تعتمد على الكتلة والجاذبية والارتفاع. وحين ينزلق نزولًا تتحوّل إلى طاقة حركة (طاقة حركية) ½ m v²، فتزداد سرعته؛ وعند الصعود من الجهة الأخرى تتحوّل ثانيةً إلى طاقة كامنة. وبلا احتكاك يبقى مجموعهما ثابتًا دائمًا، فالمتزلّج الذي يُفلَت من ارتفاع h يبلغ أسفل المسار بسرعة v = √(2gh) مهما كان شكل المسار ومهما كانت كتلته، لأن الكتلة تُختصر. أمّا الاحتكاك فيحوّل جزءًا من الطاقة إلى طاقة حرارية، فيصعد المتزلّج أقل في كل مرة ثم يتوقّف أخيرًا، لكن المجموع، بما فيه الحرارة، يبقى مساويًا تمامًا لما بدأ به. يحرّك هذا النموذج المتزلّج كنقطة على المسار، من دون دحرجة ومن دون مقاومة هواء، ويُبقيه ملتصقًا بالمسار كما في الأفعوانية. يمكن للطلاب تغيير الكتلة والجاذبية وارتفاع البداية ومقارنة ما يحدث. استخدمها في الاستقصاء ضمن الفيزياء مع الصف 5 والمرحلة المتوسطة والمرحلة الثانوية، على جهاز العرض أو على جهاز كل طالب.

• اسحب المتزلّج إلى ارتفاعات مختلفة وشاهد كيف تتغيّر السرعة عند أسفل المسار
• حرّك الكتلة صعودًا ونزولًا: تتغيّر أحجام الأعمدة لكن الرحلة تبقى كما هي تمامًا
• بدّل بين القمر والأرض والمشتري وقارن السرعة عند أسفل المسار
• أضف قليلًا من الاحتكاك وشاهد العمود الحراري ينمو بينما يبقى المجموع ثابتًا
• جرّب المسارات الثلاثة واكتشف هل يغيّر الشكل السرعة عند أسفل المسار
• في مسار التلال، اعثر على أخفض بداية ما زالت تُوصل المتزلّج إلى ما وراء التلّ

1. 1توقّع أثر تغيير الكتلة على السرعة عند أسفل المسار، ثم اختبار هذا التوقع.
2. 2استخدام الأدلة من الحساب المباشر والتمثيل المرئي لتفسير النتيجة.

أسئلة يطرحها المعلمون