ما المقصود بطاقة الاصطدام؟
طاقة الاصطدام هي الطاقة الحركية التي يحملها الجسم في اللحظة التي يرتطم فيها بسطح ما. ففي حالة الجسم الساقط تأتي هذه الطاقة من الجاذبية: الجسم المثبّت على ارتفاع \(h\) يمتلك طاقة وضع تثاقلية تتحول إلى طاقة حركية أثناء سقوطه. وعند الاصطدام تساوي الطاقة المنطلقة \(E = m \cdot g \cdot h\). أما الجسم المتحرك أصلًا فطاقته هي طاقته الحركية \(E = \tfrac{1}{2} \cdot m \cdot v^{2}\). وتُقاس كلتاهما بوحدة الجول (J).
كيفية استخدام الحاسبة
اختر الطريقة المناسبة. حدّد خيار جسم ساقط ثم أدخل الكتلة (كجم) وارتفاع السقوط (م)؛ تستخدم الأداة المعادلة \(E = m \cdot g \cdot h\) وتعرض أيضًا سرعة الاصطدام \(\sqrt{2gh}\). أو اختر خيار جسم متحرك وأدخل الكتلة والسرعة (م/ث) لحساب \(\tfrac{1}{2}mv^{2}\). ويمكنك تعديل قيمة الجاذبية (الافتراضية 9.81 م/ث²) لتناسب كواكب أخرى أو سيناريوهات مختلفة.
شرح المعادلة
في حالة السقوط، تتحول طاقة الوضع التثاقلية \(mgh\) بالكامل إلى طاقة حركية (مع إهمال مقاومة الهواء). ويصل الجسم إلى الأرض بسرعة \(v = \sqrt{2gh}\)، وعندها تساوي طاقته الحركية \(\tfrac{1}{2}mv^{2}\) تمامًا قيمة \(mgh\). ولهذا السبب تصف المعادلتان طاقة الاصطدام نفسها.
مثال محلول
كتلة مقدارها 10 كجم تسقط من ارتفاع 2 م بقيمة جاذبية g = 9.81 م/ث²: $$E = 10 \times 9.81 \times 2 = 196.2 \text{ جول}$$ (0.1962 كيلوجول). وترتطم بالأرض بسرعة \(\sqrt{2 \times 9.81 \times 2} \approx 6.26\) م/ث.
الأسئلة الشائعة
هل تؤثر مقاومة الهواء؟ بالنسبة للأجسام الكثيفة والصغيرة الحجم في مسافات السقوط القصيرة، يكون تأثيرها ضئيلًا يمكن إهماله؛ أما الأجسام الخفيفة أو السريعة فتكون طاقة اصطدامها الفعلية أقل مما تتنبأ به المعادلة \(mgh\).
ما الوحدات المستخدمة؟ وحدات النظام الدولي (SI): الكتلة بالكيلوجرام، والارتفاع بالأمتار، والسرعة بالأمتار في الثانية، والطاقة بالجول.
لماذا تتطابق المعادلتان؟ لأن الطاقة محفوظة أثناء السقوط الحر، فتساوي طاقة الوضع في الأعلى الطاقة الحركية في الأسفل.
