אנרגיית גובה

• כיתה ט’
• אנרגיה
• 5 דקות קריאה

מה זו אנרגיית גובה, איך מחשבים אותה, ואיך היא הופכת לאנרגיית תנועה כשגוף נופל — עם נוסחה, תרגיל פתור וסרטון.

התשובה בקצרה

אנרגיית גובה, שנקראת גם אנרגיה פוטנציאלית כובדית, היא האנרגיה שיש לגוף בגלל הגובה שלו. מחשבים אותה כמסה כפול עוצמת הכבידה כפול הגובה:

1. גוף כבד יותר, או גבוה יותר — יש לו יותר אנרגיית גובה.
2. כשהגוף נופל, אנרגיית הגובה שלו הופכת לאנרגיית תנועה.

למי זה מיועד: אנרגיית גובה נלמדת בכיתה ט’, יחד עם אנרגיית תנועה. בתרגיל שכאן תשתמשו בשתיהן.

מה זו אנרגיית גובה

כדי להרים ספר למדף, אתם מפעילים כוח נגד כוח המשיכה. האנרגיה שהשקעתם לא נעלמה — היא נאגרה בספר, בגלל המיקום החדש שלו. אם הספר ייפול, האנרגיה הזו תשתחרר ותהפוך לתנועה. זו אנרגיית הגובה.

כמה אנרגיה נאגרת? ככל שהגוף כבד יותר, צריך יותר כוח כדי להרים אותו. וככל שמרימים גבוה יותר, משקיעים את הכוח לאורך מרחק גדול יותר. לכן אנרגיית הגובה תלויה במסה ובגובה, וגם בעוצמת הכבידה במקום.

תרגיל פתור

הנתונים: תפוח במסה של 0.2 קילוגרם תלוי על ענף בגובה 5 מטר. הוא נושר ונופל לקרקע. מתעלמים מהתנגדות האוויר.
השאלה: מה אנרגיית הגובה של התפוח על הענף, ובאיזו מהירות הוא פוגע בקרקע?

1. מחשבים את אנרגיית הגובה: E_p = 0.2 · 10 · 5 = 10
2. ברגע הפגיעה בקרקע, כל אנרגיית הגובה הפכה לאנרגיית תנועה. לכן: ½ · 0.2 · v² = 10
3. מבודדים את המהירות: v² = 10 / 0.1 = 100 → v = 10

התשובה: לתפוח יש 10 ג’אול של אנרגיית גובה, והוא פוגע בקרקע במהירות של 10 מטר לשנייה. E_p = 10 J , v = 10 ms

שימו לב לדבר מעניין: המסה של התפוח מופיעה בשני צדי המשוואה, ומתבטלת. כלומר, כל גוף שנופל מ־5 מטר יגיע לקרקע ב־10 מטר לשנייה, לא משנה כמה הוא שוקל — בדיוק כמו שכל הגופים נופלים באותה תאוצה.

מאיפה מודדים את הגובה

גובה תמיד נמדד ביחס למשהו. ספר על שולחן נמצא בגובה מטר מעל הרצפה, אבל עשרה מטרים מעל הרחוב, אם החדר בקומה השלישית. לכן בכל תרגיל בוחרים רמת ייחוס — הגובה שבו אנרגיית הגובה נחשבת אפס. בדרך כלל זו הקרקע, או הנקודה הנמוכה ביותר בתרגיל.

איפה רואים את זה בחיים

• רכבת הרים

  הקרון נגרר לנקודה הגבוהה, ומשם אנרגיית הגובה היא שמניעה אותו לאורך כל המסלול, בלי מנוע.

• סכר מים

  מים שנאגרים גבוה מאחורי הסכר נופלים דרך טורבינות. אנרגיית הגובה שלהם הופכת לתנועה, ואחר כך לחשמל.

• לעלות מדרגות

  כשאתם עולים לקומה גבוהה, הגוף שלכם אוגר אנרגיית גובה. האנרגיה הזו מגיעה מהמזון שאכלתם.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין אנרגיית גובה לאנרגיה פוטנציאלית?

אנרגיה פוטנציאלית היא שם כללי לאנרגיה אגורה, שנובעת מהמיקום או מהמצב של הגוף. אנרגיית גובה היא סוג אחד שלה — האנרגיה האגורה בגלל הגובה. סוג אחר הוא האנרגיה שאגורה בקפיץ לחוץ.

אנרגיית גובה יכולה להיות שלילית?

כן, אם הגוף נמצא מתחת לרמת הייחוס שבחרתם. אבן בבור, כשהקרקע היא רמת הייחוס, נמצאת בגובה שלילי, ולכן גם האנרגיה שלה שלילית. בתרגילים, מה שחשוב תמיד הוא ההפרש בין שני גבהים.

למה בתרגילים משתמשים ב־10 ולא ב־9.8?

תאוצת הכובד על פני כדור הארץ היא כ־9.8 מטר לשנייה בריבוע. מעגלים ל־10 כדי שהחישוב יהיה פשוט. תשתמשו במספר שהשאלה או המורה מבקשים.

שימור אנרגיה מבלבל אתכם?

בקורס הפיזיקה לכיתה ט’ כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס כיתה ט’