الإجابة الصحيحة: خطأ

🧠 المفهوم الفيزيائي: قانون بقاء الطاقة ينص على أن مجموع طاقة الحركة وطاقة الوضع (الطاقة الميكانيكية الكلية) يظل مقداراً ثابتاً أثناء حركة الجسم صعوداً وهبوطاً ($E_k + E_p = ext{Constant}$).

وليس صحيحاً أنهما تتساويان عند أي نقطة. تتساوى الطاقتان فقط عند منتصف أقصى ارتفاع بالضبط، حيث تكون قد تحولت نصف طاقة الحركة المبدئية إلى طاقة وضع.

الإجابة الصحيحة: $10\ \mathrm{m/s}$

🧠 المفهوم الفيزيائي: ينطبق هنا مبدأ بقاء الطاقة؛ حيث تتحول طاقة الوضع التثاقلية ($mgh$) التي يكتسبها البندول عند رفعه إلى طاقة حركة ($\frac{1}{2}mv^2$) عندما يمر بنقطة الاتزان (أدنى نقطة). الكتلة ($m$) لا تؤثر على السرعة لأنها تُختصر من طرفي المعادلة.

خطوات الحل:

• بما أن الزاوية مع الأفقي هي $30^\circ$، فإن المسافة الرأسية من نقطة التعليق إلى الكرة تساوي: $y = L \sin(30^\circ) = 10 \times 0.5 = 5\ \mathrm{m}$.
• بما أن طول الخيط الكلي $10\ \mathrm{m}$، فإن الارتفاع الصافي ($h$) الذي ارتفعت به الكرة عن أدنى نقطة هو: $h = L - y = 10 - 5 = 5\ \mathrm{m}$.
• نطبق قانون بقاء الطاقة: $mgh = \frac{1}{2}mv^2$.
• نختصر الكتلة ($m$) من الطرفين لنحصل على: $v = \sqrt{2gh}$.
• نعوض بقيمة الجاذبية ($g = 10\ \mathrm{m/s^2}$) والارتفاع ($h = 5\ \mathrm{m}$): $v = \sqrt{2 \times 10 \times 5} = \sqrt{100}$.
• إذن، السرعة $v = 10\ \mathrm{m/s}$.

⚠️ انتبه (Trick) - فخ الزاوية المرجعية: معظم الطلاب يحفظون قانون الارتفاع هكذا $h = L(1 - \cos\theta)$ متجاهلين أن هذا القانون يُطبق فقط إذا كانت الزاوية ($\theta$) مع الرأسي. واضع السؤال هنا تعمد إعطاء الزاوية مع الأفقي! إذا استخدمت $\cos(30^\circ)$ ستصل إلى ارتفاع خاطئ وسرعة خاطئة ($5.2\ \mathrm{m/s}$) موضوعة خصيصاً لاصطيادك في الخيارات.

🌍 خارج الصندوق (تطبيق هندسي): هل شاهدت يوماً "كرة الهدم" (Wrecking Ball) الضخمة التي تستخدم لتحطيم المباني القديمة؟ المهندسون لا يعتمدون على المحركات لدفع الكرة بقوة نحو المبنى، بل يعتمدون على نفس مبدأ هذا البندول البسيط! تُرفع الكرة الفولاذية برافعة لتخزين (طاقة وضع) هائلة، ثم تُترك لتسقط حرة، فتتحول تلك الطاقة إلى (طاقة حركة) جبارة عند أدنى نقطة لها لتسحق الخرسانة المسلحة من مجرد ضربة واحدة، وكل ذلك بفضل الجاذبية فقط!

الإجابة الصحيحة: أكبر مايمكن

🧠 المفهوم الفيزيائي: ينص قانون بقاء الطاقة الميكانيكية على تبادل مستمر بين طاقة الحركة وطاقة الوضع في مجال الجاذبية. عندما يقذف جسم لأعلى، تتحول طاقة حركته تدريجياً إلى طاقة وضع. عند أقصى ارتفاع ($h$ أقصى ما يمكن)، تتوقف الحركة لحظياً وتنعدم طاقة الحركة، وبالتالي تكون قد تحولت بالكامل لتصبح طاقة الوضع في ذروتها (أكبر ما يمكن).

الإجابة الصحيحة: طاقة الوضع

🧠 المفهوم الفيزيائي: تُعرف طاقة الوضع التثاقلية (Potential Energy) بأنها الطاقة التي يختزنها ويمتلكها الجسم نتيجة لوضعه (ارتفاعه) عن سطح الأرض أو عن مستوى مرجعي معين. وتُعطى رياضياً بالعلاقة $E_p = mgh$.

خطوات الحل:

• طاقة الحركة تعتمد على السرعة ($v$).
• القدرة هي معدل بذل الشغل.
• القوة هي مؤثر يغير من حالة الجسم.
• إذن الخيار الصحيح والوحيد الذي يعتمد على الارتفاع ($h$) هو طاقة الوضع.

💧 طاقة السدود (تطبيق هندسي): هذا المفهوم البسيط هو ما يضيء مدناً بأكملها! السدود المائية تُبنى خصيصاً لاحتجاز ملايين الأطنان من المياه على ارتفاع شاهق لتخزين كميات مهولة من "طاقة الوضع". عند فتح البوابات، تتحول هذه الطاقة الكامنة إلى طاقة حركة جبارة تدير التوربينات وتولد الكهرباء.