الاحتكاك يحوّل الطاقة الحركية إلى حرارية
يستنتج أن الاحتكاك يحوّل الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية، بربط سرعة الدلك بارتفاع درجة حرارة السطحين واهتزاز دقائقهما.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: الاحتكاك — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٢): تحوّلات أخرى للطّاقة — الجزء الأول، ص ٧٦
خطوات التجربة
افتح المحاكاة. ترى كتاب «الكيمياء» فوق كتاب «الفيزياء»، ودائرة مكبّرة تُظهر دقائق السطحين المتلامسين، وميزان حرارة بجانبها.
لاحظ قبل أي حركة: كيف تهتزّ الدقائق، وأين يقف ميزان الحرارة؟ سجّل ذلك.
اسحب كتاب «الكيمياء» يمينًا ويسارًا فوق كتاب «الفيزياء» ببطء، كما تفرك يديك ببطء، وراقب الدقائق وميزان الحرارة.
ادلك الكتاب الآن بسرعة أكبر ومدّة أطول، وقارن اهتزاز الدقائق وارتفاع ميزان الحرارة بما رأيته في الدلك البطيء.
توقّف عن الدلك واترك الكتاب، وراقب ما يحدث لميزان الحرارة ولاهتزاز الدقائق مع مرور الوقت.
أكمل جملة الكتاب: «تحوّلت الطاقة في هذا النشاط من الطاقة … إلى الطاقة …».
الفكرة العلمية
حين تفرك يديك ببعضهما تشعر بالحرارة. وهذا ما تراه في المحاكاة بالتكبير: سطحا الكتابين ليسا أملسين تمامًا، فدقائقهما تتصادم حين يتحرّك أحدهما فوق الآخر. هذا هو الاحتكاك. والطاقة الحركية التي تبذلها في تحريك الكتاب تتحوّل إلى طاقة حرارية، فتهتزّ الدقائق أسرع ويرتفع ميزان الحرارة. وكلّما كان الدلك أسرع وأطول تحوّل مقدار أكبر من الطاقة الحركية إلى حرارية. وحين تتوقّف ينتقل جزء من الحرارة إلى ما حول الكتابين، فيبرد السطحان ببطء. فالطاقة الحركية تتحوّل إلى طاقة حرارية بالاحتكاك، كما تتحوّل إلى كهربائية في المولّد. لاحظ أن المحاكاة لا تتناول الشقّ الثاني من النشاط، أي تحوّل الطاقة الحركية إلى صوتية في قطعة المطّاط.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
دلكت كتاب «الكيمياء» بسرعة فوق كتاب «الفيزياء». ما الذي رأيته في الدائرة المكبّرة؟
- توقّفت الدقائق عن الحركة
- اهتزّت الدقائق أسرع وارتفع ميزان الحرارة
- زاد حجم الدقائق
- لم يتغيّر شيء
اعرض الإجابة
ب) اهتزّت الدقائق أسرع وارتفع ميزان الحرارة
الاحتكاك حوّل الطاقة الحركية إلى حرارية، فاهتزّت الدقائق أسرع وارتفعت درجة الحرارة. ومن قال إن حجم الدقائق زاد خلط بين سرعة اهتزاز الدقيقة وحجمها؛ الحرارة تزيد حركة الدقائق لا حجمها.
أكمل: في هذا النشاط تحوّلت الطاقة من …
- حرارية إلى حركية
- كهربائية إلى حرارية
- صوتية إلى حرارية
- حركية إلى حرارية
اعرض الإجابة
د) حركية إلى حرارية
بدأت بحركة الكتاب (طاقة حركية)، وانتهت بارتفاع درجة الحرارة (طاقة حرارية). ومن اختار «حرارية إلى حركية» عكس الترتيب: الحرارة نتيجة الحركة لا سببها. ولا كهرباء في هذا النشاط.
دلكت الكتاب مرة ببطء ومرة بسرعة للمدّة نفسها. في أيّ مرة يرتفع ميزان الحرارة أكثر؟
- في الدلك السريع
- في الدلك البطيء
- يرتفع بالمقدار نفسه في المرتين
- لا يرتفع في المرتين
اعرض الإجابة
أ) في الدلك السريع
الدلك الأسرع يحوّل طاقة حركية أكثر إلى طاقة حرارية، فيرتفع ميزان الحرارة أكثر. ومن اختار «بالمقدار نفسه» ظنّ أن الاحتكاك يحدث أو لا يحدث فقط، والصحيح أن مقداره يتغيّر بالحركة.
توقّفت عن الدلك وتركت الكتاب. ماذا حدث لميزان الحرارة؟ ولماذا؟
اعرض الإجابة
انخفض ميزان الحرارة ببطء وقلّ اهتزاز الدقائق. فحين يتوقّف الدلك لا تتحوّل طاقة حركية جديدة إلى حرارية، وتنتقل الحرارة التي في السطحين إلى ما حولهما، فيبردان.
في البرد يفرك الناس أيديهم ليدفئوها. فسّر ذلك بما رأيته في المحاكاة.
اعرض الإجابة
فرك اليدين حركة، وبين سطحي اليدين احتكاك كالذي بين الكتابين. فيحوّل الاحتكاك الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية، فتسخن اليدان. وكلّما كان الفرك أسرع شعرنا بدفء أكبر.