▷ ما هي طاقة الجاذبية الكامنة؟ (معادلة)

ستتعلم في هذه المقالة ما هي طاقة الجاذبية الكامنة، وكيفية حساب طاقة الجاذبية المحتملة، بالإضافة إلى تمرين تم حله لفهم المفهوم بشكل أفضل.

ما هي طاقة الجاذبية الكامنة؟

طاقة الجاذبية الكامنة ، أو ببساطة طاقة الجاذبية ، هي الطاقة الكامنة المرتبطة بمجال الجاذبية. ببساطة، طاقة وضع الجاذبية هي الطاقة الكامنة التي يكتسبها الجسم عند وضعه في نقطة ما في مجال الجاذبية.

وبالتالي، كلما اقترب الجسم من الكتلة التي تولد مجال الجاذبية، كلما انخفضت طاقة وضع الجاذبية. وبالمثل، كلما ابتعد الجسم عن مركز مجال الجاذبية، زادت طاقة وضع الجاذبية.

صيغة للطاقة الجاذبية المحتملة

طاقة وضع الجاذبية عند نقطة ما تساوي مطروحًا من ثابت الجذب العام مضروبًا في الكتلة التي تخلق مجال الجاذبية مضروبًا في الكتلة التي تؤثر عليها قوة الجاذبية مقسومة على المسافة بين الكتلتين.

بمعنى آخر، صيغة طاقة الجاذبية الكامنة هي:

$\displaystyle E_p=-G\cdot \cfrac{M\cdot m}{r}$

ذهب:

$E_p$

هي طاقة الجاذبية الكامنة، ووحدتها في النظام الدولي هي الجول.
$G$

هو ثابت الجاذبية العالمي، وقيمته

$6,674\cdot 10^{-11} \ N\cdot m^2/kg^2$

.
$M$

هي كتلة الجسم التي تخلق مجال الجاذبية، معبرًا عنها بالكيلوجرام.
$m$

هي كتلة الجسم الذي يؤثر عليه مجال الجاذبية، معبرًا عنها بالكيلوجرام.
$r$

هي المسافة بين الجسم الذي يخلق مجال الجاذبية والجسم الذي يتلقى تأثير مجال الجاذبية، معبرا عنه بالأمتار.

مثال لحساب طاقة الجاذبية الكامنة

بمجرد أن رأينا معنى طاقة الجاذبية الكامنة، إليك مثال ملموس حتى تتمكن من رؤية كيفية حساب هذه الكمية الفيزيائية.

ما طاقة الجاذبية التي يكتسبها جسم كتلته 60 كجم ويقع على مسافة 80 سم من كتلة كتلتها 220 كجم؟

لتحديد طاقة الجاذبية الكامنة، نحتاج إلى استخدام الصيغة التي رأيناها أعلاه:

$\displaystyle E_p=-G\cdot \cfrac{M\cdot m}{r}$

ومع ذلك، لاستخدام الصيغة، يجب التعبير عن جميع القيم بوحدات النظام الدولي. لذلك قبل القيام بالحساب، يجب عليك أولاً تحويل المسافة إلى أمتار:

$80 \ cm \div 100 =0,8 \ m$

الآن نطبق صيغة طاقة الجاذبية الكامنة ونحسب قيمتها:

$\begin{aligned} \displaystyle E_p&=-G\cdot \cfrac{M\cdot m}{r}\\ &=-6.674\cdot 10^{-11}\cdot \cfrac{220\cdot 60 }{0.8}\\ &=-1.10 \cdot 10^{-6} \ J\end{aligned}$

كما ترون، فإن قيمة طاقة الجاذبية الكامنة لا تكاد تذكر مع الكتل وفقًا لترتيب الحياة اليومية.

خصائص الطاقة الكامنة الجاذبية

تتميز طاقة الجاذبية الكامنة بالخصائص التالية:

لا يمكن لطاقة الجاذبية الكامنة أن تكون إيجابية أبدًا.
ولا يمكن إلا أن يكون من صفر إلى ما لا نهاية.
وبالتالي فإن طاقة الجاذبية الكامنة تكون دائمًا سلبية.
بالإضافة إلى ذلك، تتناقص طاقة الجاذبية الكامنة مع اقتراب الكتل من بعضها البعض.
ومن ناحية أخرى، تزداد طاقة الوضع عندما تتحرك الكتلتان بعيدًا عن بعضهما.

الطاقة الكامنة الجاذبية وإمكانات الجاذبية

يشير جهد الجاذبية عند نقطة ما إلى الشغل الذي يجب أن تقوم به القوة لنقل جسم بسرعة ثابتة من اللانهاية إلى تلك النقطة في مجال الجاذبية.

وبالتالي، ترتبط طاقة وضع الجاذبية وطاقة وضع الجاذبية بالصيغة التالية:

$E_p=V\cdot m$

ذهب:

$E_p$

هي طاقة الجاذبية الكامنة عند نقطة ما، ويُعبَّر عنها بالجول.
$V$

هي قوة الجاذبية عند نقطة ما ووحداتها هي J/kg.
$m$

هي كتلة الجسم الواقع تحت مجال الجاذبية والتي تؤثر عليها قوة الجاذبية، معبرًا عنها بالكيلوجرام.