الطاقة كما قال عنها العلماء هي واحدة من مكونات الكون، حيث نجد الكون يتكون من الأجرام والطاقة، وتوجد الطاقة حولنا في الكون في شكل نوعين أساسيين من الطاقة هما الطاقة الكامنة والطاقة الحركية، كما توجد أنواع متفرعة مثل الطاقة الحرارية، والكيميائية، والكهربائية، والإشعاعية، والنووية، والطاقة الكهرومغناطيسية، وكل شكل من هذه الأشكال ينتمي لواحد من نوعي الطاقة أو يمثل مزيج بين النوعين، وهنا دعونا نتعرف بشكل أكثر تفصيلًا على واحد من أنواع الطاقة ألا وهو 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.
وطبقًا لقانون حفظ الطاقة فإن الجسم عندما يكتسب مقدار معين من الطاقة الحركية فإنه يظل محتفظ بهذه الطاقة ولا يفقدها ولكن ذلك وفقًا لشرط وهو أن لا يكون هناك احتكاك.
الطاقة تتحول من صورة إلى أخرى فمثلًا لحصول الجسم على طاقة حركية فإنه بحاجة إلى نوع من الطاقة، مثل مركبات الفضاء حتى تنطلق للفضاء فهي بحاجة لعملية احتراق للوقود الخاص بالمركبة، فتتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة حركية وتظل المركبة الفضائية في الفضاء أو في المدار الذي تستقر فيه بسبب عدم فقدها لتلك الطاقة، ويعود ذلك إلى قلة الاحتكاك لأبعد الحدود، أما في حال فقد تلك الطاقة فإن المركبة تعود للغلاف الجوي، ونتيجة للاحتكاك فإن الطاقة الحركية هنا ستتحول إلى طاقة حرارية.
الطاقة الحركية قابلة للانتقال إذا أنها يمكن أن تنتقل من جسم إلى آخر وهي خاصية يتم استخدامها في لعبة مثل لعبة البلياردو.
من كل ما سبق يمكننا القول بأن الطاقة الحركية هي الطاقة التي يكتسبها أو يمتلكها الجسم المتحرك أو يكتسبها الجسم أثناء حركته أو هي الشغل المبذول بسبب تحريك الجسم، أيًا كان شكل الحركة أفقيًا أو عموديًا.
صور أو أشكال الطاقة الحركية
هناك العديد من صور وأشكال الطاقة الحركية ومن هذه الأشكال:
-الاهتزازات وتنتج أو يكتسب الجسم فيها الحركة من خلال اهتزاز الأجسام.
-الدوران وفي هذه الشكل فإن الجسم يكتسب الطاقة نتيجة لدوران الأجسام.
-الانتقال وهنا حيث تنتقل الطاقة الحركية من جسم إلى آخر.
حتى تستطيع تخليص الجسم من تلك الطاقة المكتسبة والتي تتمثل في الطاقة الحركية، فإن بحاجة إلى شغل معاكس ومساوي للشغل الذي تم بذله لاكتساب الطاقة.
ما هي وحدة قياس الطاقة؟
وفقًا لنظام القياس الدولي فإن وحدة قياس الطاقة هي الجول حيث أن الجول الواحد = كيلو جرام . متر مربع / ثانية مربعة.
أما طبقًا لنظام جاوس وهو نظام القياس الفرنسي فإن وحدة قياس الطاقة هي الإرج وهنا 1 إرج = 1 كيلوجرام . سم مربع / ثانية المربعة، إلى جانب أنواع أخرى من وحدات القياس مثل الحصان والكيلو واط.
ما هي العوامل التي تؤثر على الطاقة الحركية؟
هناك عاملين أساسيين تتوقف عليهما الطاقة الحركية هما:
-كتلة الجسم وهنا يجب أن نعرف بأن العلاقة بين كتلة الجسم والطاقة الحركية توجد في شكل تناسب طردي ويعني ذلك بأنه كلما زادت كتلة الجسم زادت حركت والعكس صحيح.
سرعة الجسم حيث يوجد هنا تناسبًا طرديًا أيضًا ولكن بين الطاقة الحركية للجسم ومربع سرعة الجسم.
قانون طاقة الحركة
طاقة الحركة للأجسام التي لا تدور أو الأجسام:
الطاقة الحركية = 0.5 X الكتلة X مربع سرعة الجسم.
أي ط ح = 0.5 ×ك× ع2.
Ek =1/2 m.v2.
ط ح أي الطاقة الحركية (Ek ) وتمثل مقدار الطاقة التي يقوم الجسم باكتسابها نتيجة لحركته ويتم قياسها وفقًا للنظام المستخدم للقياس.
الكتلة ( ك أو m ) وتتمثل وحدة قياس الكتلة في الكيلو جرام.
السرعة (ع أو v ) وتعتبر وحدة قياس سرعة الجسم هي م/ث2.
مثال:
جسم تبلغ كتلته 80 كيلو جرام يتحرك بسرعة تصل إلى 18 كيلو متر في الثانية، احسب الطاقة الحركية له.
بداية هنا بناء على المعطيات فإن وحدة القياس التي سيتم استخدامها هي 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
أما في حال الاحتساب بالإرج فإن 1 جول = 10 إرج
ط ح = 12960 * 10 = 129600 إرج.
إثبات أو اشتقاق قانون الطاقة
لدينا جسم ساكن على سطح أفقي أملس، كتلته (ك)، أثرت علية قوة خارجية مقدارها (ق)، جعلته يتحرك بسرعة (ع)، أحدثت له إزاحة (ف)، فإن:
مقدار الشغل الذي تبذله القوة على الجسم = مقدار القوة × الإزاحة.
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.