فيديو السؤال: طاقة وضع الجاذبية الفيزياء

طائر وزنه ‪15 N‬‏ يحلق فوق سطح البحر، وطاقة وضع الجاذبية له ثابتة عند ‪765 J‬‏. ما ارتفاع الطائر عن سطح البحر؟

٠٤:٠٣

‏نسخة الفيديو النصية

طائر وزنه 15 نيوتن يحلق فوق سطح البحر، وطاقة وضع الجاذبية له ثابتة عند 765 جول. ما ارتفاع الطائر عن سطح البحر؟

في هذا السؤال نعرف أن لدينا طائرًا يحلق فوق سطح البحر. ونعرف أن وزنه 15 نيوتن. كما عرفنا أن طاقة وضع الجاذبية له ثابتة عند 765 جول. ومطلوب منا معرفة ارتفاع الطائر فوق سطح البحر.

إذن هذا هو البحر. وهذا الرسم هنا يمثل الطائر. وهذا هو الارتفاع الذي يطير عنده. وسوف نشير إليه بالرمز ‪ℎ‬‏. قيل لنا في السؤال إن وزن الطائر، ‪𝑊‬‏، يساوي 15 نيوتن. ونعلم أيضًا أن طاقة وضع الجاذبية له ثابتة، وسنشير إليها بالرمز‪𝐸𝑔‬‏، وهي تساوي 765 جول.

يمكننا الآن النظر في معادلات الوزن وطاقة وضع الجاذبية كي تساعدنا في حل هذه المسألة. أولًا، لنلق نظرة على الوزن. يعرف وزن الجسم، ‪𝑊‬‏، بأنه كتلة الجسم ‪𝑚‬‏ مضروبة في شدة مجال الجاذبية ‪𝑔‬‏.

ثانيًا، طاقة وضع الجاذبية. تعرف طاقة وضع الجاذبية للجسم بأنها كتلة الجسم، ‪𝑚‬‏، مضروبة في شدة مجال الجاذبية، ‪𝑔‬‏، في ارتفاع الجسم، ‪ℎ‬‏. عادة يقاس هذا الارتفاع نسبة إلى سطح الأرض، وفي هذه الحالة يقاس نسبة إلى سطح البحر.

والآن يمكننا أن نلاحظ أن معادلة طاقة وضع الجاذبية تحتوي على ‪𝑚𝑔‬‏. وهذا يبدو مطابقًا تمامًا لـ ‪𝑚𝑔‬‏ في معادلة الوزن. ولذلك، يمكننا الاستعاضة عن ‪𝑚𝑔‬‏ في معادلة طاقة وضع الجاذبية بالوزن. وهكذا فإن طاقة وضع الجاذبية للجسم تساوي وزنه ‪𝑊‬‏ مضروبًا في ارتفاعه ‪ℎ‬‏.

في هذا السؤال، نحاول في الواقع أن نجد هذا الارتفاع. ولذلك نحتاج إلى إعادة ترتيب هذه المعادلة. يمكننا أن نقسم كلا الجانبين على الوزن ‪𝑊‬‏. ثم يحذف الرمزان ‪𝑊‬‏ في الجانب الأيمن، فيتبقى لنا ‪𝐸𝑔‬‏ على ‪𝑊‬‏ يساوي ‪ℎ‬‏. ومن ثم، كل ما يتبقى هو التعويض بالقيم. فنحصل على 765 جول مقسومة على 15 نيوتن يساوي ارتفاع طيران الطائر.

بالمناسبة، تخبرنا المسألة بأن طاقة وضع الجاذبية ثابتة. وهذا يعني أن كل شيء على الجانب الأيمن من المعادلة ثابت أيضًا. وبالطبع يجب أن تكون كتلة الطائر ثابتة. فالطائر لا يكتسب وزنًا أو يخسره أثناء الطيران. وقيمة ‪𝑔‬‏، أي شدة مجال جاذبية الأرض، ثابتة بالفعل. وأخيرًا، لا بد أن يكون ارتفاع الطائر ثابتًا أيضًا.

ومن ثم فكل ما تخبرنا به هذه المسألة هو أن الطائر يطير على ارتفاع ثابت. ونحن نحاول إيجاد ذلك الارتفاع. وبحساب قيمة الكسر نحصل على ارتفاع مقداره 51 مترًا.

لكن كيف نعرف سريعًا أن الإجابة التي حصلنا عليها تقاس بالمتر؟ حسنًا، نحن نستخدم وحدات أساسية هنا. ونعلم أن الوحدة الأساسية للوزن هي النيوتن. ونعلم أن الوحدة الأساسية للطاقة هي الجول. ومن ثم فإن الإجابة النهائية تقاس بالوحدة الأساسية للارتفاع، وهذا الارتفاع عبارة عن مسافة. والوحدة الأساسية للمسافة هي المتر. إذن، إجابة السؤال هي أن الطائر يحلق على ارتفاع 51 مترًا.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.