تعتبر الطاقة أساسا للحياة، حيث يعتمد عليها الكون بأكمله، وتتميز بأنها لا تفنى ولا يمكن إنتاجها من العدم، وتتحول من شكل لآخر، ويتم استخدامها في العديد من المجالات مثل تكنولوجيا المعلومات والمفاعلات النووية، بالإضافة إلى إنتاج الكهرباء، وتنقسم الطاقة إلى نوعين رئيسيين وهما الطاقة الحركية والطاقة الكامنة.
ما هي الطاقة الحركية؟
الطاقة الحركية هي الطاقة التي يحملها الجسم بسبب حركته، وعندما نريد تسريع شيء ما، يجب علينا تطبيق القوة. وتتطلب تطبيق القوة القيام بعمل، وعند الانتهاء من العمل، يتم نقل الطاقة إلى الأجسام بسرعة ثابتة وجديدة. تعرف الطاقة المنقولة بهذه الطريقة باسم الطاقة الحركية، وتعتمد على الكتلة والسرعة المحققة.
يمكن نقل الطاقة الحركية بين الأشياء وتحويلها إلى أنواع أخرى من الطاقة. على سبيل المثال ، قد يحدث اصطدام بين جسمين، أحدهما ثابت والآخر متحرك، وبعد الاصطدام تنتقل بعض الطاقة الحركية الأولية من الجسم المتحرك إلى الجسم الثابت، ويتم تحويلها بعدها إلى شكل آخر من أشكال الطاقة. وهناك أشكال متعددة للطاقة الحركية، مثل الاهتزاز (الطاقة الناتجة عن الحركة الاهتزازية)، والدوران (الطاقة الناتجة عن الحركة الدورانية)، والحركة المتعدية (الطاقة الناتجة عن الحركة من موقع إلى آخر).
معلومات عن الطاقة الحركية
هناك بعض الأمور المثيرة للاهتمام حول الطاقة الحركية التي يمكننا ملاحظتها في معادلاتها المختلفة. الطاقة الحركية تعتمد على سرعة مضروبة في نفسها. وهذا يعني أنه عندما تزداد سرعة جسم ما بمقدار مضاعف، فإن طاقته الحركية تزداد بمقدار أربعة أضعاف. بالتالي، عندما تسير سيارة بسرعة 60 ميلا في الساعة، فإن لديها طاقة حركية أربع مرات أكبر من سيارة مماثلة تسير بسرعة 30 ميلا في الساعة. وبالتالي، يكون هناك احتمالية مضاعفة لحدوث رد فعل ناتج عن الاصطدام بمقدار أربعة مرات.
يجب أن تكون الطاقة الحركية إما صفرا أو قيمة إيجابية. بينما يمكن أن تكون السرعة إيجابية أو سالبة، إلا أن السرعة المربعة تكون دائما إيجابية. الطاقة الحركية موجهة، على سبيل المثال، عند رمي كرة التنس أفقيا بسرعة 5 أمتار في الثانية، فإنها تنتج نفس الطاقة الحركية التي تنتجها رمي نفس الكرة عموديا بنفس السرعة.
قانون حساب الطاقة الحركية
قانون الطاقة الحركية يعتمد على متغيرين رئيسيين هما الكتلة (m) والسرعة (v) للجسم، وتستخدم المعادلة التالية لتمثيل الطاقة الحركية (KE)، KE = 0.5 × m × v²، والتي يمكن تمثيلها كتابيا بالمعادلة الآتية: الطاقة الحركية = 0.5 × كتلة الجسم × مربع السرعة.
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،
وبالنسبة للعمل والطاقة المحتملة، فإن وحدة قياس الطاقة الحركية وفقا للنظام العالمي للوحدات هي الجول أو الإرج وفقا للنظام الفرنسي للوحدات والنظام الجاوسي للوحدات، حيث أن جول واحد يساوي 210 إرج. وإجمالي الطاقة الحركية للجسم أو النظام محدد يكون مجموع الطاقات الحركية المتولدة من كل نوع من أنواع الحركة التي تتولد منه.
يمكن استنتاج قانون الطاقة الحركية عندما يكون الجسم ثابتا فوق سطح أفقي، حيث ترمز الكتلة للحرف `ك`، والقوة المؤثرة للرمز `ق`، والسرعة الحركية للحرف `ع`، وإزاحة الجسم للرمز `ف`. بالتالي، يصبح مقدار العمل الذي تبذله القوة على الجسم مساويا لمقدار القوة مضروبا في الإزاحة، ويتم تمثيل 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.