تعريف طاقة الحركة
تُعرف الطاقة الحركية بأنها شكل من أشكال الطاقة التي يمتلكها جسم أو جزيء بسبب حركته؛ أي أن مقدار الشغل المبذول على جسم عن طريق التأثير عليه بمقدار من القوة، يؤدي إلى زيادة سرعة الجسم، مما يؤدي إلى اكتساب الجسم طاقة حركية، وبالتالي فإن الطاقة الحركية صِفة للأجسام المُتحركة فقط، مع الأخذ بعين الاعتبار أن الطاقة الحركية المُكتَسبة من قِبل جسم ما لا تعتمد فقط على سرعته، وإنما على كتلته أيضاً.
وقد تكون الطاقة الحركية على شكل انتقال من نقطة إلى أخرى على طول مسار ما، أو على شكل دوران حول مِحور ما، أو على شكل اهتزاز لجزيئات الجسم، أو أي صورة تتضمن خليطاً من الأشكال السابقة للحركة.
قانون الطاقة الحركية
يمكن حساب قيمة الطاقة الحركية التي تمتلكها الأجسام من خلال المعادلة الآتية:
ط ح = 0.5 × ك × ع
حيث أن:
- ط ح: هي الطاقة الحركية للجسم، وتقاس بوحدة الجول ، والتي تُساوي كغ×م/ث.
- ك: هي كتلة الجسم وتُقاس بالكيلوغرام.
- ع: هي سرعة الجسم وتقاس بوحدة م/ث.
أمثلة على حساب الطاقة الحركية
فيما يأتي بعض الأمثلة على حساب الطاقة الحركية:
المثال الأول: ما هي الطاقة الحركية لمركبة كتلتها تساوي 1500 كغ، وتسير بسرعة تبلغ 14م/ث؟
الحل: لحساب قيمة الطاقة الحركية للسيارة، لا بد من تطبيق القانون عن طريق الخطوات الآتية:
- ط ح = 0.5×ك×ع
- ط ح= 0.5×1500×(14)
- ط ح= 147000 جول، أو 147 كيلو جول.
المثال الثاني: ما هي الطاقة الحركية لسيارة تسير بسرعة تقدر بنحو 28 م/ث وتبلغ كتلتها حوالي 1200 كغ؟
الحل: يطبق قانون حساب الطاقة الحركية من أجل حساب الطاقة وفق الخطوات الآتية:
- ط ح = 0.5×ك×ع
- ط ح= 0.5×1200×(28)
- ط ح= 470,400 جول، أو 470.4 كيلو جول.
المثال الثالث: ما هي الطاقة الحركية لنيزك يبلغ وزنه 1 كغ ويضرب سطح القمر بسرعة تبلغ 11 كيلومتر/ثانية؟
الحل: يطبق قانون حساب الطاقة الحركية من أجل حساب الطاقة وفق الخطوات الآتية:
- ط ح = 0.5×ك×ع
- ط ح= 0.5×1×(11000)؛ مع الانتباه لتحويل السرعة من كيلومتر/ثانية إلى متر/ثانية عن طريق الضرب بمعامل 1000، لأن الكيلومتر هو 1000 متر.
- ط ح= 60,500,000 جول، أو 60,500 كيلوجول، أو 60.5 ميجا جول.
المثال الرابع: إذا علمت أن الطاقة الحركية لمركبة أفعوانية تسير بسرعة 18.3 م/ث هي 104.6 كيلو جول، فكم كتلة تلك المركبة؟
الحل: يطبق قانون حساب الطاقة الحركية من أجل حساب الكتلة وفق الخطوات الآتية:
- ط ح = 0.5×ك×ع
- 104600 = 0.5 × ك × (18.3)
- ك = 104600/(0.5×(18.3))
- ك = 624.6 كغ.
المثال الخامس: ما السرعة التي تسير بها غواصة يبلغ وزنها 40 كغ، إذا كانت طاقتها الحركية تبلغ حوالي 12,000 جول؟
الحل: يطبق قانون حساب الطاقة الحركية من أجل حساب السرعة وفق الخطوات الآتية:
- ط ح = 0.5×ك×ع
- 12000= 0.5×40×(ع)
- (ع) = 12000/(0.5×40)
- (ع) = 600
- وبأخذ الجذر التربيعي للطرفين ينتج ما يلي: ع = 24.49 م/ث
تطبيقات على الطاقة الحركية
توجد الكثير من التطبيقات العملية على الطاقة الحركية والتي يمكن ملاحظتها في الحياة اليومية، ووفيما يأتي بعض تلك التطبيقات:
يضرب الهواء المتحرك شفرات الطاحونة الهوائية، ويتسبب في دورانها، وبالتالي توليد الطاقة الكهربائية من الرياح ، إذ يحتوي الهواء المتحرك على طاقة حركية تتحول إلى طاقة ميكانيكية متمثلة بدوران الشفرات.
تمتلك السيارة التي تسير بسرعة معينة طاقة حركية، لأنَّ لها كتلة وتسير بسرعة محددة، وتبعًا لقانون الطاقة الحركية فإن لها طاقة حركية تتناسب طرديًا مع كتلتها وسرعتها.
يمتلك جسم الإنسان طاقة حركية عند المشي أو الركض تتناسب طرديًا كذلك مع سرعته وكتلته، وهذا ما يسبب شعور الإنسان بالحرارة أو الدفء عند المشي أو الجري كنتيجة لتحول الطاقة الكيميائية في جسمه إلى طاقة حركية.
تمتلك الطائرة التي تحلق في الهواء طاقة حركية كبيرة، لأنها تمتلك كتلة كبيرة جدًّا بالإضافة لسرعتها الكبيرة جدًّا، وبالتالي تكون الطاقة الحركية لديها مرتفعة كذلك، وهذا ما يفسر سبب قدرتها على الطيران والتحليق عاليًا فوق سطح الأرض.
