شرح درس تحولات الطاقة — العلوم الصف الثاني المتوسط

أهداف الدرس

• أن يصف الطالب تحوّل طاقة الوضع إلى طاقة حركية وبالعكس في حجر يُقذف إلى أعلى.
• أن يفسّر كيف تُخزَّن الطاقة في رباط مطاطي ملتوٍ ثم تتحوّل إلى حركة.
• أن يتتبّع سلسلة تحولات الطاقة في المولّد الكهرومائي.
• أن يذكر وحدة قياس الطاقة ووحدة قياس القدرة في النظام الدولي.

شرح الدرس بأسلوب مبسّط

الطاقة لا تبقى على شكل واحد، بل تتحوّل من شكل إلى آخر، ونستطيع أن نرى ذلك في تجارب بسيطة من كرّاسة التجارب ومن حياتنا اليومية. وتُقاس الطاقة في النظام الدولي بوحدة الجول، أما القدرة فتُقاس بوحدة الواط وهو جول لكل ثانية.

الحجر المقذوف: حركة ووضع

عندما تقذف حجرًا إلى أعلى يكتسب طاقة حركية، ثم تبدأ سرعته في التناقص كلما ارتفع، فتتناقص طاقته الحركية. وفي الوقت نفسه تزداد طاقة الوضع للحجر بزيادة ارتفاعه عن سطح الأرض. وعندما يتوقّف عن الصعود بسبب الجاذبية يبدأ في السقوط، فتتناقص طاقة وضعه وتتزايد طاقته الحركية. إذن تتحوّل طاقة الوضع إلى طاقة حركية، والعكس.

العلبة العائدة: طاقة مخزّنة في المطاط

في تجربة الكرّاسة تُصنع علبة كرتونية أسطوانية يمرّ في داخلها رباط مطاطي رُبطت به حلقة معدنية. عند دفع العلبة تتدحرج ولها طاقة حركية، وتمنع الحلقة الرباط من الدوران فيلتوي ويخزّن الطاقة على شكل طاقة وضع. وحين تتوقّف العلبة تتحوّل هذه الطاقة المخزّنة إلى حركة فتعود العلبة إليك. وكلما زادت قوة الدفع زادت المسافة التي تتدحرجها العلبة وزادت طاقتها الحركية.

من الماء الجاري إلى الكهرباء

استغلّ الإنسان قديمًا طاقة المياه الجارية لتدوير رحى المطاحن وإدارة آلات المصانع، أما اليوم فتُستعمل لتوليد الكهرباء؛ إذ تُقام السدود على مجاري الأنهار لتخزين المياه، ثم تُطلق عند الحاجة إلى توليد الكهرباء.

وفي نموذج المولّد الكهرومائي يدفع تيار الماء عجلة مائية، فيدور معها مغناطيس قرب ملف من السلك، فيتولّد تيار كهربائي. ويُكشف عن هذا التيار ببوصلة يُلفّ حولها السلك، فتتحرّك إبرتها عند دوران العجلة؛ فالبوصلة هنا تقوم بعمل الجلفانومتر، وهو أداة للكشف عن التيارات الكهربائية الصغيرة وقياسها. وعند إغلاق الماء يتوقّف ذلك. وسلسلة التحولات: طاقة حركية للماء ← حركة دورانية للعجلة والمغناطيس ← طاقة كهربائية.

طاقة الطعام في جسمك

الطعام مخزن للطاقة؛ ففي الكتاب أن السعرات الحرارية في تفاحة متوسطة الحجم تعطيك طاقة تكفي للمشي ١٥ دقيقة، أو السباحة ١٠ دقائق، أو الهرولة ٩ دقائق. أي أن الطاقة المخزّنة في الطعام تتحوّل في جسمك إلى حركة.

مصطلحات الدرس

• الطاقة الحركية: طاقة الجسم المتحرّك، وتتناقص كلما قلّت سرعته.
• طاقة الوضع: طاقة مخزّنة تزداد بزيادة ارتفاع الجسم عن سطح الأرض، وتُخزَّن أيضًا في الرباط المطاطي الملتوي.
• المولّد الكهرومائي: جهاز يحوّل طاقة المياه المتحرّكة إلى طاقة كهربائية.
• الجلفانومتر: أداة تُستعمل للكشف عن التيارات الكهربائية الصغيرة وقياسها.
• الجول: وحدة قياس الطاقة في النظام الدولي.

أفكار لتقديم الدرس في الفصل

• العلبة العائدة: نفّذ تجربة الكرّاسة بعلبة كرتونية ورباط مطاطي وحلقة معدنية، وسجّل المسافات بثلاث قوى دفع مختلفة، واسأل: متى كانت للعلبة طاقة حركية؟ وأين خُزّنت الطاقة قبل عودتها؟
• كرة بين اليدين: ارمِ كرة خفيفة إلى أعلى ببطء، واطلب من الطلاب أن يصفوا بصوت عالٍ ما يحدث للطاقة الحركية وطاقة الوضع عند كل نقطة.
• تحدّي المليون: راجع سلسلة تحولات الطاقة بلعبة «من سيربح المليون» أو جولة سريعة على منصة حروف و دروس.

أخطاء شائعة عند الطلاب

• ظنّ أن الحجر يفقد طاقته عند القمة: طاقته الحركية تتناقص، لكن طاقة وضعه تكون أكبر ما يمكن هناك.
• الاعتقاد أن البوصلة لا علاقة لها بالكهرباء: حركة إبرتها في النموذج دليل على مرور تيار كهربائي في السلك.
• الخلط بين الطاقة والقدرة: الطاقة تُقاس بالجول، والقدرة بالواط.