قانون الطاقة الحركية

بواسطة: - آخر تحديث: ٠٨:٥٠ ، ٢٨ مارس ٢٠١٩
قانون الطاقة الحركية

الطاقة

تُعتبر الطاقة (أو ما يُعرف بالإنجليزية: Energy) بأنها إحدى أساسيات الحياة، فالكون هو عبارة عن نظام يتكون من مجموعة من الأجرام والأشكال المختلفة من الطاقة، ووفقًا للنظريات العملية والعلمية فإن الطاقة لا تُفنى ولا تُستحدث من العدم، وإنما تنتقل من شكل إلى آخر، والطاقة هي واحدة من أهم الكميات الفيزيائية التي لا يُمكن الاستغناء عنها في الحياة اليومية، حيث يُمكن استخدامها في العديد من المجالات كالمفاعلات النووية، وتكنولوجيا المعلومات، والاستفادة من تحولات الطاقة في توليد الطاقة الكهربائية، ويُمكن تقسيم الطاقة إلى نوعين أساسين هما الطاقة الحركية، والطاقة الكامنة، وسيتم التعرّف في هذا المقال على قانون الطاقة الحركية.

مفهوم الطاقة الحركية

يُمكن تعريف الطاقة الحركية (بالإنجليزية: Kinetic Energy)، بأنها واحدة من أشكال الطاقة التي يكتسبها الجسم نتيجة حركته، وهي مقدار الشغل المطلوب إنجازه على جسم ما لتغيير حالته من السكون إلى الحركة بسرعة (مُستقيمة أو زاويّة) معينة، وتُعرف الطاقة الحركية في علم الفيزياء على أنها واحدة من أهم الكميات الفيزيائية القياسية التي يُعبر عنها فقط بكمية عددية ووحدة قياس، أي أن الطاقة الحركية لا تمتلك اتجاه، وتُقاس الطاقة الحركية بالوحدات التالية:

  • الجول: حسب النظام العالمي للوحدات (SI)، حيث أن كل واحد جول= 1كغم. م2/ ث2
  • الإرج: حسب النظام الفرنسي، ونظام جاوس للوحدات، حيث أن كل واحد (إرج) = 1 غرام.سم22
  • كل واحد جول  = 210 إرج

قانون الطاقة الحركية

تعتمد الطاقة الحركية لجسم ما بشكل على أساسي على عاملين أساسين هما: (كتلة الجسم، وسرعة الجسم سواء أكانت خطيّة أو زاويّة)، حيث تزداد قيمة الطاقة الحركية للجسم بزيادة كتلته، والعكس صحيح (علاقة طردية)، كما تتناسب قيمة الطاقة الحركية لنفس الجسم مع مربع سرعته طرديًا.

ويُمكن التعبير عن قانون الطاقة الحركية بالكلمات، بأن مقدار الطاقة الحركية التي يكتسبها الجسم تُساوي نصف كتلة الجسم مضروبًا بمربع سرعة الجسم.

ورياضيًا:

الطاقة الحركية= 0.5 × كتلة الجسم × مربع سرعة الجسم

وبالرموز:

ط ح = 0.5 ×ك× ع2

حيث أن:

ط ح: الطاقة الحركية التي يكتسبها الجسم نتيجة لحركته، وتُقاس بوحدة الجول.

ك: كتلة الجسم، وتُقاس بوحدة (كيلوغرام).

ع: سرعة الجسم، وتُقاس بوحدة (م/ث2).

اشتقاق قانون الطاقة الحركية

يُمكن اشتقاق قانون الطاقة الحركية على النحو التالي:

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