الطاقة الحركية: تعريفها وأنواعها وعلاقتها بالعمل

بالتأكيد لقد درست في المعهد الطاقة الحركية في مادة الفيزياء . إذا لم يكن الأمر كذلك، فمن المحتمل أنك سمعت ذلك في بعض الدراسات العلمية أو في وسائل الإعلام. وهي طاقة حاسمة لدراسة حركة الأجسام. ومع ذلك، لا يزال الكثير من الناس غير واضحين بشأن ما تستلزمه الطاقة الحركية حقًا، وكيف تعمل، وكيف يتم قياسها.

في هذه المقالة سوف نقدم أ دليل كامل حول الطاقة الحركية، والخوض في تعريفها، واستخداماتها، وأنواعها، وكيفية حسابها. بالإضافة إلى ذلك، سنقدم أمثلة مفيدة ومفاهيم مراجعة تتعلق بأنواع أخرى من الطاقة، حتى يتسنى لك فهم أهمية الطاقة الحركية في الفيزياء والحياة اليومية بشكل كامل.

¿Quieres saber todo sobre la energía cinética? Solo tienes que seguir leyendo para descubrirlo 

ما هو تعريف الطاقة الحركية؟

عند الحديث عن الطاقة الحركية، يعتقد البعض أنها تشير إلى نوع من الطاقة المستخدمة لتوليد الكهرباء أو مصدر مشابه. ومع ذلك، فإن الطاقة الحركية هي ببساطة الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته. وبطريقة بسيطة، يمكننا القول إن أي جسم يتحرك لديه طاقة حركية.

لكي يبدأ الجسم الساكن في الحركة، يجب تطبيق قوة عليه. ومع تطبيق هذه القوة، يتغلب الجسم على قوى المقاومة (مثل الاحتكاك الأرضي أو الهوائي) ويبدأ في التحرك. خلال هذه العملية، الطاقة المرتبطة بالجسم المتحرك هي ما نسميه الطاقة الحركية.

لذلك، تعتمد الطاقة الحركية على عاملين رئيسيين: كتلة الجسم وسرعته. كلما زادت الكتلة والسرعة، زادت الطاقة الحركية للجسم. تؤدي زيادة السرعة إلى زيادة كبيرة في الطاقة، لأن الطاقة تعتمد على السرعة بشكل تربيعي.

ويمكن نقل هذه الطاقة من جسم إلى آخر. على سبيل المثال، في حالة الاصطدام، يتم نقل بعض الطاقة الحركية للجسم المصطدم إلى الجسم المصطدم.

العلاقة بين الطاقة الحركية والشغل

ترتبط الطاقة الحركية ارتباطًا وثيقًا بمفهوم الشغل في الفيزياء. هو عمل التي يتم إجراؤها على جسم ما لتغيير سرعته هو ما يمنحه الطاقة الحركية. يتم تعريف هذا العمل على أنه حاصل ضرب القوة المطبقة على الجسم والمسافة التي يقطعها بسبب تلك القوة.

معادلة العمل هي:

ث = و · د · كوس (θ)

هنا، W هل تم إنجاز العمل، F هو حجم القوة المطبقة، d هي المسافة المقطوعة، و θ هي الزاوية بين القوة والإزاحة.

يمكننا أن نفكر في الطاقة الحركية باعتبارها الشغل المطلوب لإخراج الجسم من السكون إلى سرعته الحالية.

أنواع الطاقة الحركية

هناك نوعان رئيسيان من الطاقة الحركية، اعتمادًا على نوع الحركة التي يصفها الجسم:

• الطاقة الحركية متعدية: يحدث عندما يتحرك جسم ما في مسار مستقيم. على سبيل المثال، عندما تسير سيارة على طريق مستقيم، فإنها تمتلك طاقة حركية انتقالية.
• الطاقة الحركية الدورانية: يظهر عندما يدور جسم حول محوره. وأوضح مثال على ذلك هو العجلة التي تدور، أو شفرات المروحة المتحركة.

بالإضافة إلى هذه الأنواع، يمكن أن تظهر الطاقة الحركية أيضًا على مستويات أخرى. على سبيل المثال، على المستوى المجهري، فإن حركة الذرات في المادة الصلبة تولد أ الطاقة الحركية الحرارية، وهو المسؤول عن الحرارة. تتولد أيضًا الإلكترونات التي تتحرك في الدائرة الطاقة الحركية الكهربائية.

كيف يتم حساب الطاقة الحركية؟

يعد حساب الطاقة الحركية لجسم أمرًا بسيطًا نسبيًا إذا كنت تعرف كتلته وسرعته. الصيغة العامة لل الطاقة الحركية يعطى بواسطة:

لفهم هذه المعادلة بشكل أفضل، من المفيد شرح المصطلحات:

• E_c: يمثل الطاقة الحركية، مقاسة بالجول (J).
• m: هي كتلة الجسم مقاسة بالكيلو جرام (كجم).
• v: يتوافق مع سرعة الجسم، مقاسة بالأمتار في الثانية (م/ث).

كما ترون، الطاقة الحركية تتناسب مع الكتلة، ولكنها تعتمد على مربع السرعة، مما يعني أن مضاعفة سرعة الجسم تضاعف طاقته الحركية أربع مرات.

علاوة على ذلك، فإن الطاقة الحركية لجسم ما يمكن أن تكون دائمًا موجبة أو على الأقل تساوي الصفر إذا كان الجسم في حالة سكون.

التسارع والاحتكاك في الطاقة الحركية

الطاقة الحركية فهو لا يتصرف من تلقاء نفسه في الكون. وغالبا ما يتأثر بقوى أخرى، في المقام الأول قوة الاحتكاك والتسارع.

عندما نؤثر بقوة على جسم ما، فإنه يبدأ في التسارع. كلما زادت سرعتك، زادت طاقتك الحركية. ومع ذلك، إذا توقفنا عن تطبيق القوة، فإن عوامل أخرى، مثل احتكاك الهواء أو ملامسته للأرض، ستبدأ في إبطاء الجسم. تقلل هذه العملية من طاقته الحركية حتى يتوقف الجسم في النهاية.

ولهذا السبب، فإن معرفة قوى الاحتكاك ضرورية لفهم سلوك الجسم المتحرك. على سبيل المثال، عند قيادة السيارة، تتفاعل الطاقة الحركية للعجلات باستمرار مع الأرض، مما يحدد مقدار الطاقة اللازمة للحفاظ على حركة السيارة.

صيغة الطاقة الحركية: التطبيق في الميكانيكا الكلاسيكية والنسبية

في الميكانيكا الكلاسيكية، السرعات المعنية أقل بكثير من سرعة الضوء. في هذه الحالة، الصيغة E_c = ½ مللي فولت² إنها صالحة تمامًا لحساب الطاقة الحركية لجسم ما.

ومع ذلك ، في الميكانيكا النسبية، فمن الضروري أن تأخذ في الاعتبار آثار نظرية أينشتاين النسبية الخاصةعندما تتحرك الأجسام بسرعات قريبة من الضوء. في هذه الحالة، الشكل الكلاسيكي للصيغة ليس دقيقًا، ويتم استخدام نسخة أكثر تعقيدًا مشتقة من معادلة أينشتاين الشهيرة. E = م².

أمثلة على الطاقة الحركية

• كرة ملقاة: عندما ترمي الكرة، فإنك تمنحها طاقة حركية. تعتمد كمية الطاقة على سرعة الكرة وكتلتها.
• سيارة متحركة: تمتلك السيارة المتداولة طاقة حركية تعتمد على كتلتها وسرعتها. عند الكبح، تتبدد الطاقة الحركية، وذلك بشكل رئيسي من خلال احتكاك الفرامل والإطارات بالأرض.
• الوقايات الدوارة: عند ركوب الأفعوانية، تقوم السيارات بتخزين الطاقة الكامنة، والتي يتم تحويلها إلى طاقة حركية أثناء تحرك السيارة على المنحدرات.
• الحجارة المتساقطة: الجسم الذي يسقط من ارتفاع معين يكتسب طاقة حركية مع تسارعه. يُستخدم هذا النوع من الحركة التراكمية في تجارب فيزيائية متعددة وأمثلة من العالم الحقيقي.

تلعب الطاقة الحركية دورًا حاسمًا في مواقف يومية لا حصر لها وهي أساسية لفهم كيفية تفاعل الأجسام المتحركة في عالمنا. من أبسط حركة للكرة إلى دراسة الإلكترونات في فيزياء الكم، كل شيء مرتبط بالقوانين التي تحكم هذا الشكل من الطاقة.