بحث عن الطاقة الحركية
يعد الطاقة، على حد قول العلماء، واحدا من مكونات الكون، حيث يتألف الكون من الأجرام والطاقة. والطاقة موجودة حولنا في الكون على شكل نوعين رئيسيين، وهما الطاقة الكامنة والطاقة الحركية، وتوجد أشكال فرعية مثل الطاقة الحرارية والكيميائية والكهربائية والإشعاعية والنووية والكهرومغناطيسية، وكل شكل من هذه الأشكال ينتمي إلى نوع واحد من الطاقة أو يمثل مزيجا بين النوعين، وهنا نتعرف بشكل أكثر تفصيلا على واحد من أنواع الطاقة وهي الطاقة الحركية.
تعريف الطاقة الحركية
الطاقة الحركية (Kinetick Energy ) هي طاقة الكتلة أثناء حركتها، بمعنى أن الطاقة التي يمتلكها أي جسم تأتي نتيجةً لحركته، ومقدار تلك الطاقة هو الشغل الذي يحتاجه الجسم ليعمل على تسريع حركته من حالة السكون لتصل إلى سرعة معينة أو للسرعة الحالية، وعادة فإن تلك السرعة إما تكون مستقيمة أو زاوية.
وفقا لقانون حفظ الطاقة، فإن الجسم يحتفظ بالطاقة الحركية التي يكتسبها، ولا يفقدها ما لم يحدث احتكاك.
تتحول الطاقة من صورة إلى أخرى، على سبيل المثال، للحصول على الطاقة الحركية للجسم، يحتاج الجسم إلى نوع من الطاقة، مثل الصواريخ التي تحتاج إلى عملية احتراق للوقود الخاص بها للانطلاق إلى الفضاء، فيتحول الوقود الكيميائي إلى طاقة حركية، ويظل الصاروخ في الفضاء أو في المدار الذي يستقر فيه بسبب عدم فقدانه لتلك الطاقة، ويعود ذلك إلى عدم وجود الاحتكاك بين الصاروخ والفضاء. أما إذا فقد الصاروخ تلك الطاقة، فيعود إلى الغلاف الجوي، وبسبب الاحتكاك، تتحول الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية.
الطاقة الحركية قابلة للانتقال، إذ تستطيع الانتقال من جسم إلى آخر، وهي خاصية يتم استخدامها في ألعاب مثل لعبة البلياردو.
تعني الطاقة الحركية الطاقة التي يمتلكها الجسم المتحرك أو يكتسبها أثناء حركته، أو الشغل المبذول لتحريك الجسم، سواء كانت الحركة أفقية أو عمودية، وهذا ما يميزها عن الطاقة الكامنة والطاقة الإشعاعية.
صور أو أشكال الطاقة الحركية
هناك العديد من صور وأشكال الطاقة الحركية ومن هذه الأشكال:
– الاهتزازات هي الحركة التي يحصل عليها الجسم من خلال اهتزاز الأجسام أو التي تنتج عنها.
عند الدوران بهذا الشكل، يكتسب الجسم طاقة نتيجة لدوران الأجسام.
هذا هو المكان الذي ينتقل فيه الطاقة الحركية من جسم إلى آخر.
لتتمكن من التخلص من الطاقة الحركية المكتسبة، يتحتاج إلى عمل شغل معاكس ومساوٍ للشغل الذي تم بذله لاكتساب تلك الطاقة.
ما هي وحدة قياس الطاقة؟
وفقًا لنظام القياس الدولي، فإن وحدة قياس الطاقة هي الجول، حيث أن الجول الواحد يساوي كيلو جرام. متر مربع / ثانية مربعة.
وفقا لنظام جاوس القياسي الفرنسي، الوحدة المستخدمة لقياس الطاقة هي الإرج، وهي تساوي 1 كيلو جرام. سم مربع / ثانية المربعة، بالإضافة إلى وحدات قياس أخرى مثل الحصان والكيلو واط.
ما هي العوامل التي تؤثر على الطاقة الحركية؟
هناك عاملين أساسيين تتوقف عليهما الطاقة الحركية هما:
– هناك علاقة تناسب طردي بين كتلة الجسم والطاقة الحركية، ويعني ذلك أن كلما زادت كتلة الجسم زادت الحركة، والعكس صحيح.
يوجد هنا تناسب طردي بين طاقة الحركة للجسم ومربع سرعته، وكذلك سرعته.
قانون طاقة الحركة
طاقة الحركة للأجسام التي لا تدور أو الأجسام:
الطاقة الحركية = 0.5 × الكتلة × مربع سرعة الجسم.
أي ط ح = 0.5 ×ك× ع2.
Ek =1/2 m.v2.
تعني الإختصار `ط ح` الطاقة الحركية (Ek) وتعبر عن كمية الطاقة التي يكتسبها الجسم نتيجة لحركته، وتُقاس بناءً على النظام المستخدم للقياس.
وحدة قياس الكتلة هي الكيلوجرام (ك أو م).
السرعة (ع أو v) وحدة قياس سرعة الجسم هي متر/ثانية.
مثال:
حساب الطاقة الحركية لجسم يزن 80 كيلو جرام ويتحرك بسرعة 18 كيلو متر في الثانية.
بناء على البيانات المتوفرة، سيتم استخدام وحدة القياس الجول.
الحل.
ط ح = 0.5 × ك × ع2.
ط ح =0.5 * 80 * مربع 18.
ط ح = 0.5 * 80 * 324.
ط ح = 12960 جول
في حالة الاحتساب بالإرج، 1 جول يعادل 10 إرج
ط ح = 12960 * 10 = 129600 إرج.
إثبات أو اشتقاق قانون الطاقة
إذا كان لدينا جسم ساكن على سطح أفقي أملس، كتلته (ك)، وتأثر بقوة خارجية مقدارها (ق)، فسيتحرك بسرعة (ع) ويتزحزح بإزاحة (ف)
يساوي الشغل الذي تبذله القوة على الجسم إزاحة الموضع ضربًا بمقدار القوة.
ش=ق× ف ( معادلة 1 ).
وحسب قوانين الحركة الخطية، فإن:
ف = ع2 / 2 ت (معادلة 2 ).
وبتعويض معادلة (2) في معادلة (1)، ينتج:
ش = ق × (ع2 / 2 ت).
وبتطبيق قانون نيوتن الثاني (ك= ق/ ت) ينتج:
ش = (ك× ع2) / 2.
والشغل المبذول هنا هو عبارة عن طاقة حركية، وبالتالي فإن:
ط ح = ش.
ط ح = 0.5 × ك × ع2.