ما هي طاقة الوضع التثاقلية؟
طاقة الوضع التثاقلية (يُرمز لها بـ GPE أو PE) هي الطاقة التي يختزنها جسم ما بسبب موضعه داخل مجال الجاذبية. فكلما رفعت الجسم إلى ارتفاع أكبر، ازدادت طاقة وضعه — وهي طاقة كامنة يمكن أن تتحرر على هيئة طاقة حركية إذا سقط الجسم. تحسب هذه الأداة هذه الطاقة المخزّنة انطلاقًا من ثلاثة مدخلات بسيطة: الكتلة، وتسارع الجاذبية، والارتفاع.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل كتلة الجسم بالكيلوغرام، ثم تسارع الجاذبية (استخدم 9.81 م/ث² على سطح الأرض، أو 1.62 على القمر، أو 3.71 على المريخ)، ثم الارتفاع بالأمتار فوق النقطة المرجعية التي تختارها. تضرب الحاسبة القيم الثلاث ببعضها لتُظهر لك طاقة الوضع بوحدة الجول (J).
شرح الصيغة
المعادلة هي
$$PE = m \times g \times h$$حيث:
m = كتلة الجسم بالكيلوغرام (kg)
g = تسارع الجاذبية بوحدة المتر لكل ثانية مربعة (m/s²)
h = الارتفاع فوق المستوى المرجعي بالأمتار (m)
النتيجة تكون بوحدة الجول، حيث 1 جول = 1 كغ·م²/ث². وتُقاس طاقة الوضع دائمًا نسبةً إلى ارتفاع مرجعي، لذا فإن «h» هي المسافة العمودية فوق النقطة التي تعتبرها صفرًا.
مثال تطبيقي
لنفترض أن صندوقًا كتلته 10 كغ رُفع إلى ارتفاع 5 أمتار فوق سطح الأرض (g = 9.81 م/ث²). عندئذٍ تكون
$$PE = 10 \times 9.81 \times 5 = 490.5 \text{ جول}$$ولو أُسقط هذا الصندوق، لتحولت هذه الطاقة البالغة 490.5 جول إلى طاقة حركية لحظة ارتطامه بالأرض.
الأسئلة الشائعة
هل يؤثر المسار المسلوك على طاقة الوضع؟ لا. تعتمد طاقة الوضع التثاقلية على التغير في الارتفاع العمودي فقط، وليس على المسار الذي اتُّبع للوصول إلى ذلك الموضع.
أي قيمة للجاذبية ينبغي أن أستخدم؟ استخدم 9.81 م/ث² في الحسابات الأرضية اليومية، واستخدم قيم الكواكب الأخرى في السيناريوهات خارج الأرض.
هل يمكن أن تكون طاقة الوضع سالبة؟ نعم، إذا قِيس الارتفاع أسفل النقطة المرجعية التي اخترتها — فالقيمة السالبة تدل ببساطة على الموضع نسبةً إلى الصفر.
