الطاقة هي من أساسيات الحياة التي لا يمكن الاستغناء عنها، فالكون ذاته معتمد عليها. ومن اعجازات الطاقة أنها لا تفني ولا يمكن استحداثها من العدم، بل هي في الحقيقة تنتقل من شكل لأخر. وتبرز أهميتها في كثير من المجالات مثل تكنولوجيا المعلومات مثلا و المفاعلات النووية. كما يمكن استخدامها في توليد الكهرباء. وللطاقة نوعين رئيسين، الطاقة الكامنة و الطاقة الحركية.
ما هي الطاقة الحركية؟
الطاقة الحركية هي الطاقة التي يتمتع بها الجسم بسبب حركته. إذا كنا نريد تسريع شيء ما، فيجب علينا تطبيق القوة. تطبيق القوة يتطلب منا القيام بالعمل. بعد الانتهاء من العمل، يتم نقل الطاقة إلى الأجسام، حيث يتم هذا النقل بسرعة ثابتة وجديدة. تُعرف الطاقة المنقولة باسم الطاقة الحركية، وتعتمد على الكتلة والسرعة المحققة.
يمكن نقل الطاقة الحركية بين الأشياء وتحويلها إلى أنواع أخرى من الطاقة. على سبيل المثال ، قد تصطدم الأجسام الثابتة مع أخرى متحركة وينتج بعد الاصطدام نقل بعض الطاقة الحركية الأولية لأي جسم غير ثابت إلى اخر ثابت كما ويتم تحويلها إلى شكل آخر من أشكال الطاقة. و هناك العديد من أشكال الطاقة الحركية – الاهتزاز (الطاقة الناتجة عن الحركة الاهتزازية)، الدوران (الطاقة الناتجة عن الحركة الدورانية)، والطاقة الحركية المتعدية (الطاقة الناتجة عن الحركة من موقع إلى آخر).
معلومات عن الطاقة الحركية
هناك بعض الأشياء المثيرة للاهتمام حول الطاقة الحركية التي يمكننا رؤيتها في مختلف معادلتها. حيث تعتمد الطاقة الحركية على السرعة التربيعية. هذا يعني أنه عندما تتضاعف سرعة جسم ما فإن طاقته الحركية تتضاعف بمقدار أربعة مرات. حيث أن السيارة التي تسير بسرعة 60 ميلاً في الساعة لديها أربعة أضعاف الطاقة الحركية لسيارة مماثلة تسير بسرعة 30 ميلاً في الساعة، وبالتالي فإن هناك احتمالًا مضاعفا بأربع مرات لحصول رد فعل ناتج عن الاصطدام.
يجب أن تكون الطاقة الحركية إما صفر أو قيمة موجبة. في حين أن السرعة يمكن أن تكون لها قيمة موجبة أو سالبة ، أن السرعة المربعة فإنها تكون دائمًا إيجابية ، الطاقة الحركية قهوة موجهة فعلى سبيل المثال، ينتج رمي كرة التنس بشكل افقي بسرعة 5 متر في الثانية ، نفس الطاقة الحركية التي تنتج عن رمي كرة نفس الكرة إذا تم القاؤها عموديا بنفس السرعة.
قانون حساب الطاقة الحركية
يعتمد قانون الطاقة الحركية التي يحدد مقدارها نظريا على متغيرين رئيسيين هما الكتلة (m) و السرعة (v) للجسم، وتستخدم المعادلة التالية لتمثيل الطاقة الحركية (KE)، KE = 0.5 • m • v2. والتي تمثل كتابيا بالشكل التالي الطاقة الحركية = 0.5 × كتلة الجسم × مربع سرعة الجسم.
وتكشف هذه المعادلة أن الطاقة الحركية لجسم ما تتناسب طرديًا مع مربع سرعته. وهذا ما يعني أنه عند زيادة ومضاعفة في السرعة، ستزيد الطاقة الحركية بمعامل أربعة مرات و عند زيادة السرعة ثلاثة أضعاف، ستزيد الطاقة الحركية بعدل تسعة مرات. وبالمثل فأن زيادة السرعة بأربعة أضعاف ، ينتج عنه زيادة الطاقة الحركية بمعامل ستة عشر مرة. وهو ما يثبت أن قانون الطاقة الحركية يعتمد على مربع السرعة.
وبالتالي لا تكون هذه المعادلة مجرد عمليات حسابية لحل مسألة جبرية معينة، ولكنها أيضًا دليل للتفكير في العلاقة بين الكميات والنسب التي تحدد قانون الطاقة الحركية. والجدير بالذكر أن الطاقة الحركية هي طاقة كمية عددية، وليس لديها اتجاه، مقارنة بالسرعة والتسارع والقوة، ويتم وصف الطاقة الحركية لجسم من حيث الحجم فقط،
ومثل العمل والطاقة المحتملة، فإن وحدة قياس الطاقة الحركية حسب النظام العالمي للوحدات هي الجول أو الإرج حسب النظام الفرنسي للوحدات ونظام جاوس للوحدات، حيث واحد جول = 210 إرج. ويكون إجمالي الطاقة الحركية للجسم معين أو النظام ما تساوي مجموع الطاقات الحركية الناتجة عن كل نوع من أنواع الحركة التي تنتج عنه.
ويمكن اشتقاق قانون الطاقة الحركية اعتماد على جسم ساكن فوق سطح افقي، الكتلة والتي نرمز لها بحرف “ك” ، قوة مؤثرة خارجية وسنرمز لها بالرمز “ق”، سرعة حركية نرمز لها ب “ع” ، مقدار إزاحة الجسم “ف”. وبالتالي ينتج لدينا : مقدار العمل الذي تبذله القوة على الجسم = مقدار القوة × الإزاحة وتمثل هذه المعادلة رياضيا بهذا الشكل ش=ق× ف
ولنعتبرها المعادلة رقم “1”، ويكون مقدار إزاحة الجسم وفقا لقوانين الحركة الخطيبة ف = ع2 / 2 ت ولتكن هذه المعادلة رقم “2”. وبالتالي فعند تعويض المعادلة رقم “2” في المعادلة رقم”1″ يكون الناتج ش = ق × (ع2 / 2 ت، وعند تطبيق قانون نيوتن (ك= ق/ ت) ينتج لنا المعادلة التالية ، ش= (ك× ع2) / 2 ويكون العمل المبذول هنا هو عبارة عن طاقة حركية، وبالتالي نستنتج رياضيا أن : الطاقة الحركية “ط ح” = العمل الذي تبذله القوة على الجسم “ش ط ح” = 0.5 × ك × ع.
ما هي الطاقة الحركية؟
الطاقة الحركية هي الطاقة التي يتمتع بها الجسم بسبب حركته. إذا كنا نريد تسريع شيء ما، فيجب علينا تطبيق القوة. تطبيق القوة يتطلب منا القيام بالعمل. بعد الانتهاء من العمل، يتم نقل الطاقة إلى الأجسام، حيث يتم هذا النقل بسرعة ثابتة وجديدة. تُعرف الطاقة المنقولة باسم الطاقة الحركية، وتعتمد على الكتلة والسرعة المحققة.
يمكن نقل الطاقة الحركية بين الأشياء وتحويلها إلى أنواع أخرى من الطاقة. على سبيل المثال ، قد تصطدم الأجسام الثابتة مع أخرى متحركة وينتج بعد الاصطدام نقل بعض الطاقة الحركية الأولية لأي جسم غير ثابت إلى اخر ثابت كما ويتم تحويلها إلى شكل آخر من أشكال الطاقة. و هناك العديد من أشكال الطاقة الحركية – الاهتزاز (الطاقة الناتجة عن الحركة الاهتزازية)، الدوران (الطاقة الناتجة عن الحركة الدورانية)، والطاقة الحركية المتعدية (الطاقة الناتجة عن الحركة من موقع إلى آخر).
معلومات عن الطاقة الحركية
هناك بعض الأشياء المثيرة للاهتمام حول الطاقة الحركية التي يمكننا رؤيتها في مختلف معادلتها. حيث تعتمد الطاقة الحركية على السرعة التربيعية. هذا يعني أنه عندما تتضاعف سرعة جسم ما فإن طاقته الحركية تتضاعف بمقدار أربعة مرات. حيث أن السيارة التي تسير بسرعة 60 ميلاً في الساعة لديها أربعة أضعاف الطاقة الحركية لسيارة مماثلة تسير بسرعة 30 ميلاً في الساعة، وبالتالي فإن هناك احتمالًا مضاعفا بأربع مرات لحصول رد فعل ناتج عن الاصطدام.
يجب أن تكون الطاقة الحركية إما صفر أو قيمة موجبة. في حين أن السرعة يمكن أن تكون لها قيمة موجبة أو سالبة ، أن السرعة المربعة فإنها تكون دائمًا إيجابية ، الطاقة الحركية قهوة موجهة فعلى سبيل المثال، ينتج رمي كرة التنس بشكل افقي بسرعة 5 متر في الثانية ، نفس الطاقة الحركية التي تنتج عن رمي كرة نفس الكرة إذا تم القاؤها عموديا بنفس السرعة.
قانون حساب الطاقة الحركية
يعتمد قانون الطاقة الحركية التي يحدد مقدارها نظريا على متغيرين رئيسيين هما الكتلة (m) و السرعة (v) للجسم، وتستخدم المعادلة التالية لتمثيل الطاقة الحركية (KE)، KE = 0.5 • m • v2. والتي تمثل كتابيا بالشكل التالي الطاقة الحركية = 0.5 × كتلة الجسم × مربع سرعة الجسم.
وتكشف هذه المعادلة أن الطاقة الحركية لجسم ما تتناسب طرديًا مع مربع سرعته. وهذا ما يعني أنه عند زيادة ومضاعفة في السرعة، ستزيد الطاقة الحركية بمعامل أربعة مرات و عند زيادة السرعة ثلاثة أضعاف، ستزيد الطاقة الحركية بعدل تسعة مرات. وبالمثل فأن زيادة السرعة بأربعة أضعاف ، ينتج عنه زيادة الطاقة الحركية بمعامل ستة عشر مرة. وهو ما يثبت أن قانون الطاقة الحركية يعتمد على مربع السرعة.
وبالتالي لا تكون هذه المعادلة مجرد عمليات حسابية لحل مسألة جبرية معينة، ولكنها أيضًا دليل للتفكير في العلاقة بين الكميات والنسب التي تحدد قانون الطاقة الحركية. والجدير بالذكر أن الطاقة الحركية هي طاقة كمية عددية، وليس لديها اتجاه، مقارنة بالسرعة والتسارع والقوة، ويتم وصف الطاقة الحركية لجسم من حيث الحجم فقط،
ومثل العمل والطاقة المحتملة، فإن وحدة قياس الطاقة الحركية حسب النظام العالمي للوحدات هي الجول أو الإرج حسب النظام الفرنسي للوحدات ونظام جاوس للوحدات، حيث واحد جول = 210 إرج. ويكون إجمالي الطاقة الحركية للجسم معين أو النظام ما تساوي مجموع الطاقات الحركية الناتجة عن كل نوع من أنواع الحركة التي تنتج عنه.
ويمكن اشتقاق قانون الطاقة الحركية اعتماد على جسم ساكن فوق سطح افقي، الكتلة والتي نرمز لها بحرف “ك” ، قوة مؤثرة خارجية وسنرمز لها بالرمز “ق”، سرعة حركية نرمز لها ب “ع” ، مقدار إزاحة الجسم “ف”. وبالتالي ينتج لدينا : مقدار العمل الذي تبذله القوة على الجسم = مقدار القوة × الإزاحة وتمثل هذه المعادلة رياضيا بهذا الشكل ش=ق× ف
ولنعتبرها المعادلة رقم “1”، ويكون مقدار إزاحة الجسم وفقا لقوانين الحركة الخطيبة ف = ع2 / 2 ت ولتكن هذه المعادلة رقم “2”. وبالتالي فعند تعويض المعادلة رقم “2” في المعادلة رقم”1″ يكون الناتج ش = ق × (ع2 / 2 ت، وعند تطبيق قانون نيوتن (ك= ق/ ت) ينتج لنا المعادلة التالية ، ش= (ك× ع2) / 2 ويكون العمل المبذول هنا هو عبارة عن طاقة حركية، وبالتالي نستنتج رياضيا أن : الطاقة الحركية “ط ح” = العمل الذي تبذله القوة على الجسم “ش ط ح” = 0.5 × ك × ع.
