لتسريع جسم ما علينا تطبيق القوة. لتطبيق القوة ، نحتاج إلى القيام بعمل. عندما يتم العمل على جسم ما ، يتم نقل الطاقة ويتحرك الجسم بسرعة ثابتة جديدة. تُعرف الطاقة المنقولة بالطاقة الحركية وتعتمد على الكتلة والسرعة المحققة.
تعريف الطاقة الحركية في الفيزياء
"الطاقة الحركية لجسم ما هي قياس الشغل الذي يمكن أن يقوم به الجسم بفضل حركته."
الطاقة الحركية هي كمية عددية. يتم وصف الطاقة الحركية بالكامل بالحجم وحده.
تحويل الطاقة الحركية
تنتقل الطاقة الحركية بين الأشياء ويمكن تحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة. يُعد اليويو مثالًا رائعًا لوصف تحول الطاقة الحركية. أثناء البدء في اللعب بها ، يبدأ المرء بتركها في اليد ، في هذه المرحلة ، يتم تخزين كل الطاقة في الكرة في شكل طاقة كامنة. بمجرد أن يسقط الشخص اليويو ، تتحول الطاقة المخزنة إلى طاقة حركية ، وهي طاقة الحركة. بمجرد أن تصل الكرة إلى قاع اليويو ، يتم تحويل كل الطاقة إلى طاقة حركية. عندما تعود إلى اليد ، يتم تحويل كل الطاقة مرة أخرى إلى طاقة كامنة عندما تصل إلى اليد.
إقرأ ايضا:
وحدة الطاقة الحركية
وحدة SI للطاقة الحركية هي الجول والتي تساوي 1kg.m2.s-2.
وحدة CGS للطاقة الحركية هي erg.
قياس الطاقة الحركية
تُعطى معادلة الطاقة الحركية على النحو التالي:
\[KE=\frac{1}{2}mv^{2}\]
حيث ، KE هي الطاقة الحركية ، m هي كتلة الجسم و v سرعة الجسم ، m كمية قياسية و v كمية متجهة. نرى في التعبير أن السرعة أو v تربيع. نحن نعلم أن مربع الكمية المتجهية هو عدد قياسي. لذلك ، الطاقة الحركية هي كمية عددية.
اشتقاق معادلة الطاقة الحركية
يمكن الحصول على معادلة الطاقة الحركية من خلال العملية الأساسية لحساب الشغل (W) الذي يتم بواسطة القوة (F). إذا تم دفع جسم كتلته m لمسافة d على سطح عن طريق تطبيق قوة موازية له ، فسيكون الشغل المنجز كما يلي:
يمكن استبدال العجلة في هذه المعادلة بالسرعة الأولية (vi) والسرعة النهائية (vf) والمسافة. نحصل على هذا من المعادلات الحركية للحركة.
\[W=m.a.d\\ \\ =m.d.\frac{v_{f}^{2}-v_{i}^{2}}{2d}\\ \\ =m.\frac{v_{f}^{2}-v_{i}^{2}}{2d}\\ \\ =\frac{1}{2}.m.v_{f}^{2}-\frac{1}{2}.m.v_{i}^{2}\]بتبسيط المعادلة أكثر ، نحصل على
\[K.E=\frac{1}{2}mv^{2}\]بالتناوب ، يمكن للمرء أن يقول أن إجمالي العمل الذي يتم إجراؤه على نظام ما يعادل التغيير في الطاقة الحركية. هذا البيان يعادل على النحو التالي:
تُعرف هذه المعادلة باسم نظرية العمل والطاقة ولها تطبيقات كبيرة حتى لو تغيرت القوى المطبقة في الحجم والاتجاه.
أمثلة على الطاقة الحركية
تتمتع الشاحنة شبه التي تسير على الطريق بطاقة حركية أكثر من سيارة تسير بنفس السرعة لأن كتلة الشاحنة أكبر بكثير من كتلة السيارة.
يتكون النهر الذي يتدفق بسرعة معينة من الطاقة الحركية حيث أن الماء له سرعة وكتلة معينة.
الطاقة الحركية لكويكب يسقط باتجاه الأرض كبيرة جدًا.
تزداد الطاقة الحركية للطائرة أثناء الرحلة بسبب الكتلة الكبيرة والسرعة السريعة.
أنواع الطاقة الحركية
هناك خمسة أنواع من الطاقة الحركية: المشعة والحرارية والصوتية والكهربائية والميكانيكية. دعونا نلقي نظرة على بعض أمثلة الطاقة الحركية ومعرفة المزيد عن الأنواع المختلفة للطاقة الحركية.
1. الطاقة المشعة
الطاقة المشعة هي نوع من الطاقة الحركية التي تتحرك دائمًا عبر الوسط أو الفضاء. أمثلة على الطاقة المشعة:
ضوء الأشعة فوق البنفسجية
أشعة غاما
2. طاقة حرارية
تُعرف الطاقة الحرارية أيضًا باسم الطاقة الحرارية وتتولد بسبب حركة الذرات عندما تصطدم ببعضها البعض. أمثلة على الطاقة الحرارية هي:
الينابيع الساخنة
حمام سباحة مدفأ
3. الطاقة الصوتية
تنتج الطاقة الصوتية عن طريق اهتزاز الجسم. تنتقل الطاقة الصوتية عبر الوسط ولكن لا يمكنها السفر في الفراغ حيث لا توجد جزيئات تعمل كوسيط. أمثلة على الطاقة الصوتية هي:
الشوكة الرنانة
قرع الطبول
4. الطاقة الكهربائية
يتم الحصول على الطاقة الكهربائية من الإلكترونات الحرة ذات الشحنة الموجبة والسالبة. أمثلة على الطاقة الكهربائية هي:
برق
البطاريات أثناء الاستخدام
5. الطاقة الميكانيكية
يُعرف مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة بالطاقة الميكانيكية التي لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها ولكن يمكن تحويلها من شكل إلى آخر. أمثلة على الطاقة الميكانيكية هي:
دوران الأقمار الصناعية حول الأرض
سيارة متحركة
سؤال عن الطاقة الحركية
1. احسب الطاقة الحركية لجسم 200Kg كجم يتحرك بسرعة 15m/s
الحل: يمكن حساب الطاقة الحركية للجسم باستخدام المعادلة التالية:
\[KE=\frac{1}{2}mv^2\]بالتعويض عن القيم في المعادلة أعلاه ، نحصل عليها
\[KE=\frac{1}{2}(200\,kg)(15\,m/s)^2\]2. احسب كتلة جسم يتحرك بسرعة 40m/s وطاقته الحركية 1500J.
الحل: إعادة ترتيب معادلة الطاقة الحركية ، نحصل عليها
\[m=\frac{2KE}{v^2}\]باستبدال القيم الموجودة في المعادلة أعلاه ، نحصل على ،
\[m=\frac{2\times 1500}{40^2}=1.87\,kg\]الأسئلة الشائعة حول الطاقة الحركية
ما هو تعريف الطاقة الحركية؟
الطاقة الحركية لجسم ما هي قياس الشغل الذي يمكن أن يقوم به الجسم بحركته.
هل يمكن أن تكون الطاقة الحركية سالبة؟
لا يمكن أن تكون الطاقة الحركية للجسم سالبة لأن مربع السرعة يعطي رقمًا غير سالب ولا يمكن أن تكون الكتلة سالبة.
متى تكون الطاقة الحركية القصوى؟
الطاقة الحركية هي القصوى عندما تكون الطاقة الكامنة القصوى. يحدث هذا عندما تكون السرعة القصوى والكتلة في وضع التوازن.
ماذا يحدث للطاقة الحركية عندما تنخفض السرعة؟
عندما تنخفض السرعة ، ستتحول الطاقة الحركية إلى طاقة كامنة أو طاقة حرارية أو أشكال أخرى من الطاقة.
كيف تختلف الطاقة الحركية عن الطاقة الكامنة؟
تُعرف الطاقة التي يمتلكها الجسم بحكم موقعه باسم الطاقة الكامنة. تُعرف الطاقة التي يمتلكها الجسم بفضل حركته بالطاقة الحركية.