الامارات 7 - تعريف طاقة الحركة
طاقة الحركة هي شكل من أشكال الطاقة التي يمتلكها الجسم أو الجزيء نتيجة حركته. عندما يؤثر مقدار من القوة على جسم معين، فإن هذا يؤدي إلى زيادة سرعته، مما يسبب اكتسابه لطاقة حركية. لذلك، فإن الطاقة الحركية هي خاصية للأجسام المتحركة فقط، وهي تعتمد على كل من السرعة والكتلة. يمكن أن تكون الطاقة الحركية على شكل انتقال من نقطة إلى أخرى على طول مسار، أو دوران حول محور، أو اهتزاز لجزيئات الجسم، أو مزيج من هذه الأشكال للحركة.
قانون حساب الطاقة الحركية
يمكن حساب الطاقة الحركية باستخدام المعادلة التالية:
ط ح
=
0.5
×
ك
×
ع
2
ط ح=0.5×ك×ع
2
حيث:
ط ح
ط ح هي الطاقة الحركية، وتقاس بوحدة الجول (J)، والتي تساوي كغ × م²/ث².
ك
ك هي كتلة الجسم، وتُقاس بالكيلوغرام (كغ).
ع
ع هي سرعة الجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية (م/ث).
أمثلة على حساب الطاقة الحركية
مثال 1: ما هي الطاقة الحركية لمركبة كتلتها 1500 كغ وتسير بسرعة 14 م/ث؟
ط ح
=
0.5
×
1500
×
(
14
)
2
=
147000
جول
=
147
كيلو جول
ط ح=0.5×1500×(14)
2
=147000 جول=147 كيلو جول
مثال 2: ما هي الطاقة الحركية لسيارة تسير بسرعة 28 م/ث وتبلغ كتلتها 1200 كغ؟
ط ح
=
0.5
×
1200
×
(
28
)
2
=
470400
جول
=
470.4
كيلو جول
ط ح=0.5×1200×(28)
2
=470400 جول=470.4 كيلو جول
مثال 3: ما هي الطاقة الحركية لنيزك وزنه 1 كغ يضرب سطح القمر بسرعة 11 كم/ث؟
ط ح
=
0.5
×
1
×
(
11000
)
2
=
60500000
جول
=
60.5
ميجا جول
ط ح=0.5×1×(11000)
2
=60500000 جول=60.5 ميجا جول
(لاحظ تحويل السرعة من كم/ث إلى م/ث).
مثال 4: إذا كانت الطاقة الحركية لمركبة أفعوانية تسير بسرعة 18.3 م/ث تساوي 104.6 كيلو جول، فما كتلة المركبة؟
104600
=
0.5
×
ك
×
(
18.3
)
2
⟹
ك
=
104600
0.5
×
(
18.3
)
2
=
624.6
كغ
104600=0.5×ك×(18.3)
2
⟹ك=
0.5×(18.3)
2
104600
=624.6 كغ
مثال 5: ما السرعة التي تسير بها غواصة وزنها 40 كغ إذا كانت طاقتها الحركية 12000 جول؟
12000
=
0.5
×
40
×
(
ع
)
2
⟹
(
ع
)
2
=
12000
0.5
×
40
⟹
ع
=
600
=
24.49
م/ث
12000=0.5×40×(ع)
2
⟹(ع)
2
=
0.5×40
12000
⟹ع=
600
=24.49 م/ث
تطبيقات على الطاقة الحركية
طواحين الهواء: الهواء المتحرك يضرب شفرات الطاحونة الهوائية، مما يتسبب في دورانها وتوليد الطاقة الكهربائية من الرياح.
السيارة المتحركة: السيارة التي تسير بسرعة معينة تمتلك طاقة حركية تتناسب طرديًا مع كتلتها وسرعتها.
المشي والجري: عند المشي أو الركض، يمتلك جسم الإنسان طاقة حركية تتناسب مع سرعته وكتلته، مما يسبب الشعور بالحرارة بسبب تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة حركية.
الطائرة: الطائرة التي تحلق في الهواء تمتلك طاقة حركية كبيرة نظرًا لكتلتها الكبيرة وسرعتها العالية، مما يمكنها من الطيران والتحليق فوق سطح الأرض.
طاقة الحركة هي شكل من أشكال الطاقة التي يمتلكها الجسم أو الجزيء نتيجة حركته. عندما يؤثر مقدار من القوة على جسم معين، فإن هذا يؤدي إلى زيادة سرعته، مما يسبب اكتسابه لطاقة حركية. لذلك، فإن الطاقة الحركية هي خاصية للأجسام المتحركة فقط، وهي تعتمد على كل من السرعة والكتلة. يمكن أن تكون الطاقة الحركية على شكل انتقال من نقطة إلى أخرى على طول مسار، أو دوران حول محور، أو اهتزاز لجزيئات الجسم، أو مزيج من هذه الأشكال للحركة.
قانون حساب الطاقة الحركية
يمكن حساب الطاقة الحركية باستخدام المعادلة التالية:
ط ح
=
0.5
×
ك
×
ع
2
ط ح=0.5×ك×ع
2
حيث:
ط ح
ط ح هي الطاقة الحركية، وتقاس بوحدة الجول (J)، والتي تساوي كغ × م²/ث².
ك
ك هي كتلة الجسم، وتُقاس بالكيلوغرام (كغ).
ع
ع هي سرعة الجسم، وتقاس بوحدة متر/ثانية (م/ث).
أمثلة على حساب الطاقة الحركية
مثال 1: ما هي الطاقة الحركية لمركبة كتلتها 1500 كغ وتسير بسرعة 14 م/ث؟
ط ح
=
0.5
×
1500
×
(
14
)
2
=
147000
جول
=
147
كيلو جول
ط ح=0.5×1500×(14)
2
=147000 جول=147 كيلو جول
مثال 2: ما هي الطاقة الحركية لسيارة تسير بسرعة 28 م/ث وتبلغ كتلتها 1200 كغ؟
ط ح
=
0.5
×
1200
×
(
28
)
2
=
470400
جول
=
470.4
كيلو جول
ط ح=0.5×1200×(28)
2
=470400 جول=470.4 كيلو جول
مثال 3: ما هي الطاقة الحركية لنيزك وزنه 1 كغ يضرب سطح القمر بسرعة 11 كم/ث؟
ط ح
=
0.5
×
1
×
(
11000
)
2
=
60500000
جول
=
60.5
ميجا جول
ط ح=0.5×1×(11000)
2
=60500000 جول=60.5 ميجا جول
(لاحظ تحويل السرعة من كم/ث إلى م/ث).
مثال 4: إذا كانت الطاقة الحركية لمركبة أفعوانية تسير بسرعة 18.3 م/ث تساوي 104.6 كيلو جول، فما كتلة المركبة؟
104600
=
0.5
×
ك
×
(
18.3
)
2
⟹
ك
=
104600
0.5
×
(
18.3
)
2
=
624.6
كغ
104600=0.5×ك×(18.3)
2
⟹ك=
0.5×(18.3)
2
104600
=624.6 كغ
مثال 5: ما السرعة التي تسير بها غواصة وزنها 40 كغ إذا كانت طاقتها الحركية 12000 جول؟
12000
=
0.5
×
40
×
(
ع
)
2
⟹
(
ع
)
2
=
12000
0.5
×
40
⟹
ع
=
600
=
24.49
م/ث
12000=0.5×40×(ع)
2
⟹(ع)
2
=
0.5×40
12000
⟹ع=
600
=24.49 م/ث
تطبيقات على الطاقة الحركية
طواحين الهواء: الهواء المتحرك يضرب شفرات الطاحونة الهوائية، مما يتسبب في دورانها وتوليد الطاقة الكهربائية من الرياح.
السيارة المتحركة: السيارة التي تسير بسرعة معينة تمتلك طاقة حركية تتناسب طرديًا مع كتلتها وسرعتها.
المشي والجري: عند المشي أو الركض، يمتلك جسم الإنسان طاقة حركية تتناسب مع سرعته وكتلته، مما يسبب الشعور بالحرارة بسبب تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة حركية.
الطائرة: الطائرة التي تحلق في الهواء تمتلك طاقة حركية كبيرة نظرًا لكتلتها الكبيرة وسرعتها العالية، مما يمكنها من الطيران والتحليق فوق سطح الأرض.