راهنمایی کوتاه: انرژی پتانسیل گرانشی به جرم جسم، شتاب گرانش و ارتفاع آن از سطح زمین بستگی دارد.
گامبهگام:
- ۱) انرژی پتانسیل گرانشی با فرمول محاسبه میشود که در آن m جرم، g شتاب گرانش و h ارتفاع است.
- ۲) در این سوال گفته شده جرم سه جسم یکسان است و از یک ارتفاع رها میشوند. پس m و h برای هر سه یکسان است.
- ۳) بنابراین انرژی پتانسیل گرانشی اولیه برای هر سه جسم دقیقاً برابر است. مسیر حرکت (مستقیم، منحنی یا هر شکل دیگر) روی مقدار انرژی پتانسیل در لحظه شروع تأثیری ندارد.
- ۴) در طول مسیر، با پایین آمدن جسم، ارتفاع (h) کاهش مییابد، بنابراین انرژی پتانسیل گرانشی کم میشود.
- ۵) این انرژی پتانسیل از دست رفته به انرژی جنبشی تبدیل میشود (انرژی حرکت جسم).
- ۶) در پایین مسیر (وقتی ارتفاع صفر یا کمینه است)، تقریباً تمام انرژی پتانسیل اولیه به انرژی جنبشی تبدیل شده است.
پاسخ نهایی:
- الف) انرژی پتانسیل گرانشی هر سه جسم در لحظه رها شدن یکسان است، زیرا جرم و ارتفاع اولیه یکسان دارند.
- ب) در طول مسیر، انرژی پتانسیل گرانشی به تدریج به انرژی جنبشی تبدیل میشود.
مثال مشابه: اگر سه توپ یکسان را از بالای یک سرسره با سه شکل مختلف (مستقیم، مارپیچ، موجی) رها کنی، همه در ابتدا انرژی پتانسیل یکسانی دارند و در پایین سرسره، این انرژی به انرژی حرکتی (جنبشی) تبدیل شده است.
اگر میخواهی بیشتر یاد بگیری: میتوانی آزمایش سادهای انجام دهی: سه مهره یکسان را از بالای سه مسیر متفاوت (مثلاً یک خط کش، یک لوله خمیده و یک سطح شیبدار) رها کن و ببین آیا سرعت آنها در انتهای مسیر تقریباً یکسان است؟ این نشان میدهد انرژی پتانسیل اولیه به جنبشی تبدیل شده است.
