تمرين 1: ربط المفاهيم (أسئلة مفاهيمية) اختبر مدى قدرتك على التمييز بين الشغل والطاقة والقدرة من خلال هذه المواقف. إذا كانت الآلة (أ) تمتلك قدرة أعلى من الآلة (ب)، فهذا يعني بالضرورة أن الآلة (أ) تنجز مقداراً كلياً من الشغل أكبر مما تنجزه الآلة (ب). شرح السؤال هل القدرة مرتبطة بكمية الشغل الكلية أم بـ "معدل" أو "سرعة" إنجاز هذا الشغل؟ صواب خطأ الإجابة الصحيحة: خطأ.القدرة العالية تعني إنجاز الشغل بسرعة أكبر، ولا تعني بالضرورة إنجاز كمية شغل كبرى. يمكن لآلة ضعيفة القدرة (مثل محرك لعبة صغير) أن تنجز شغلاً ضخماً مساوياً لآلة قوية، إذا تُرِكت تعمل لفترة زمنية طويلة جداً.💡 لغة العصر: عندما تشتري سيارة رياضية أو مضخة مياه، أنت تدفع مالاً أكثر للحصول على "قدرة" أعلى، أي أنك فعلياً تشتري "الزمن"! الآلة ذات القدرة العالية تنجز لك المهمة (الشغل) في ثوانٍ بدلاً من ساعات.(الوحدة السادسة: الشغل، والطاقة، والقدرة، 6-3 القدرة، ص 93) الطاقة الكامنة الجاذبة لجسم يسقط سقوطاً حراً نحو الأرض تزداد باستمرار كلما اقترب من سطح الأرض وازدادت سرعته. شرح السؤال الطاقة الكامنة الجاذبة تعتمد على (الارتفاع). بينما الطاقة الحركية تعتمد على (السرعة). أيهما يزداد وأيهما يقل أثناء السقوط؟ صواب خطأ الإجابة الصحيحة: خطأ.أثناء السقوط الحر، يتناقص الارتفاع باستمرار، وبالتالي الطاقة الكامنة الجاذبة تقل. في المقابل، تتسارع حركة الجسم وتزيد سرعته، مما يعني أن طاقته الحركية هي التي تزداد، وهذا الزيادة تأتي تماماً على حساب النقص في الطاقة الكامنة.(الوحدة السادسة: الشغل، والطاقة، والقدرة، 6-2 الطاقة، ص 87) صُدمت كرة مطاطية بالأرض وارتدت لأعلى، لكنها لم تصل إلى نفس الارتفاع الذي سقطت منه. ما هو التفسير الفيزيائي الصحيح حسب مبدأ حفظ الطاقة؟ شرح السؤال الطاقة لا تفنى. إذا لم ترجع الكرة لنفس الارتفاع (نفس الطاقة الكامنة)، فهذا يعني أن جزءاً من الطاقة الميكانيكية قد "تسرّب" إلى أشكال أخرى غير ميكانيكية أثناء الاصطدام. الطاقة الكلية للكرة اختفت جزئياً لأن مبدأ حفظ الطاقة لا يطبق على المطاط. جزء من الطاقة الميكانيكية تحول إلى طاقة حرارية وصوتية عند لحظة الاصطدام بالأرض. الجاذبية الأرضية أصبحت أقوى أثناء صعود الكرة. كتلة الكرة زادت بعد الاصطدام مما قلل ارتفاعها. الإجابة الصحيحة: جزء من الطاقة الميكانيكية تحول إلى طاقة حرارية وصوتية عند لحظة الاصطدام بالأرض.مبدأ حفظ الطاقة محقق دائماً. الطاقة الميكانيكية (الحركية والكامنة) للكرة نقصت، لكن الطاقة الكلية في الكون لم تتغير، حيث تبدد الجزء المفقود على شكل حرارة خفية (بسبب تشوه المطاط واحتكاكه بالأرض) وطاقة صوتية سمعناها عند الارتطام.💡 المحاسب الكوني: الفيزياء لا تسمح بضياع أي جزء من الطاقة. التحدي الحقيقي للمهندسين اليوم (في صناعة السيارات والمحركات) هو تقليل هذا "التسرب" الحراري والصوتي للاستفادة من أكبر قدر ممكن من الطاقة الميكانيكية.(الوحدة السادسة: الشغل، والطاقة، والقدرة، 6-2 الطاقة، ص 89) شخص يدفع حائطاً خرسانياً بقوة كبيرة جداً حتى يتصبب عرقاً، ولكنه لا يستطيع تحريك الحائط من مكانه. من الناحية الفيزيائية، ما مقدار الشغل الذي بذله هذا الشخص على الحائط؟ شرح السؤال لكي يُبذل الشغل في الفيزياء، يجب أن تتوفر قوة، ويجب أن يتحرك الجسم (يقطع مسافة). كم المسافة هنا؟ شغل كبير جداً يعتمد على قوته العضلية شغل يساوي وزن الحائط صفر لا يمكن حسابه الإجابة الصحيحة: صفر.مهما كانت القوة العضلية المبذولة والتعب الناتج عنها، فإن الشغل الفيزيائي يعتمد رياضياً على العلاقة ($W = F \times s$). بما أن الحائط لم يتحرك (المسافة $s = 0$)، فإن الشغل الميكانيكي المبذول على الحائط يساوي صفراً.💡 الفرق بين البيولوجيا والفيزياء: جسمك يستهلك "طاقة كيميائية" داخلياً لمجرد انقباض العضلات وبقائها مشدودة، ولهذا تشعر بالتعب. لكن الفيزياء تقيس الشغل بناءً على "الإنجاز الخارجي" الذي غير موقع الأشياء في الكون. لا توجد حركة؟ إذن لا يوجد إنجاز ميكانيكي، والشغل صفر!(الوحدة السادسة: الشغل، والطاقة، والقدرة، 6-1 الشغل، ص 84)