الطاقة الحركية: أنواعها وأمثلة عنها
يوجد نوعان من أشكال الطاقة الأساسية هما الطاقة الكامنة "المخزَّنة"، والأخرى هي الطاقة الحركية، ففي الفيزياء، الطاقة الحركية للجسم هي الطاقة التي يمتلكها بسبب حركته؛ إذ يكتسب طاقةً حركيةً فقط عندما يتحرك؛ لذلك إذا كان الجسم لا يتحرك، يقال إنَّ طاقته الحركية تساوي صفراً، وفي مقالنا الآتي سنتعرف أكثر إلى هذه الطاقة؛ لذا تابعوا معنا.
الطاقة الحركية:
يمكن تعريف الطاقة الحركية على أنَّها مقدار الطاقة التي يكتسبها الجسم عند انتقاله من حالة السكون إلى الحركة، وما لم تتغير سرعة الجسم، فإنَّه يحافظ على نفس القدر من الطاقة الحركية، وعندما تتغير سرعة الجسم من حالة الحركة إلى حالة السكون، يفقد الجسم نفس القدر من الطاقة الحركية التي اكتسبها.
إذا لم يكن هناك وجودٌ للطاقة الحركية، فإنَّ كل شيءٍ سيكون ساكناً بلا حراكٍ من حولنا، فالأشياء لن تكون قادرةً على التحرك، وسيكون الكون كله مكاناً بارداً؛ وذلك لأنَّ الطاقة الحركية تولِّد الحرارة كأحد أشكالها.
يمكن كتابة الطاقة الحركية لجسمٍ ما رياضياً على النحو الآتي:
الطاقة الحركية = 1/2 m v2
إذ m= كتلة الجسم، وv = سرعة الجسم.
فالطاقة الحركية هي مقدارٌ عدديٌ؛ أي لها مقدارٌ فقط لكن ليس لها اتجاه، والوحدة القياسية للطاقة الحركية هي الجول (J) والوحدة الإمبراطورية للطاقة الحركية هي القدم - باوند (ft – Ib).
تعتمد الطاقة الحركية لجسمٍ ما على كتلته وسرعته؛ والكتلة هي كمية المادة الموجودة داخل جسمٍ ما، بينما السرعة هي سرعة جسمٍ يتحرك في اتجاه معين، فعند إعطاء السرعة، فإنَّ الطاقة الحركية لجسمٍ ما تتناسب طردياً مع كتلته، وبنفس الطريقة مع الكتلة المعطاة، فإنَّ الطاقة الحركية لجسمٍ ما تتناسب طردياً مع سرعته.
الطاقة الحركية هي ضعف السرعة، ويمكن أن يكون للسرعة قيمةٌ موجبةٌ أو سالبةٌ، ولكنَّ مربع السرعة يكون موجباً دائماً؛ لذلك يجب أن تكون الطاقة الحركية إما صفراً أو قيمةً موجبةً، ومن المثير للاهتمام أنَّ الطاقة الحركية يمكن أيضاً أن تنتقل من جسمٍ إلى آخر.
على سبيل المثال، في لعبة البلياردو يقوم اللاعب بتزويد الكرة الرئيسة بطاقةٍ حركيةٍ عندما يضربها بعصا البلياردو، وتحافظ الكرة الرئيسة على هذه الطاقة الحركية إذا كانت تحافظ على سرعتها، وفي حالة الاصطدام مع كرةٍ أخرى، فإنَّها توفِّر طاقةً حركيةً لتلك الكرة، بينما تفقد هي طاقتها الحركية، وهكذا اكتسبت الكرة التي اصطدمت بها طاقةً حركية وبدأت تتحرك بسببها.
الطاقة المشعة:
الطاقة المشعة هي طاقةٌ كهرومغناطيسية يمكنها السفر عبر الفضاء أو المتوسط، فالطاقة الحركية هي طاقة الحركة، ونظراً لأنَّ الطاقة المشعة تظل دائماً في حالة حركةٍ تنتقل عبر الفضاء أو الوسط، فهي أيضاً نوعٌ من الطاقة الحركية؛ إذ تنتقل الطاقة المشعة في خطٍ مستقيمٍ بسرعةٍ عاليةٍ جداً (299792458 م/ ث)، وقد يكون هذا مرئياً أو غير مرئيٍ للعين البشرية.
أمثلةٌ عن الطاقة المشعة:
- الأشعة السينية.
- الأشعة فوق البنفسجية.
- الضوء المرئي.
- موجات الراديو.
- أشعة غاما.
- الأشعة تحت الحمراء.
- المايكرويف.
- الأضواء السوداء.
- المصابيح الأمامية في السيارة.
- أشعة الشمس أو الطاقة الشمسية.
- تساعد الخلايا الشمسية على تحويل الطاقة المشعة من الشمس إلى طاقةٍ كهربائيةٍ.
- محمصةٌ كهربائيةٌ تنقل الحرارة من عنصر التسخين إلى الخبز.
- الحرارة المنبعثة من المصباح الكهربائي المتوهج.
- أنظمة التدفئة المشعة.
- تمتص بعض المواد الطاقة المشعة وتعيد إصدارها، وهذا ما يسمى بالتألق.
- إشارات الراديو التي تنقل المعلومات هي الطاقة المشعة.
الطاقة الحرارية:
تتولد الطاقة الحرارية بسبب الحركة السريعة للذرات والجزيئات، وخاصةً عندما تتصادم مع بعضها بعضاً؛ لذا فهي طاقةٌ حركيةٌ في المضمون أنتجت حرارةً في الظاهر، وتسمى أيضاً طاقة التسخين؛ إذ تتكون المواد في الكون من ذراتٍ أو جزيئاتٍ دائمة الحركة، ومع ذلك لا يمكننا رؤية حركة هذه الطاقة بأعيننا المجردة، لكن يمكننا أن نشعر بها في الوقت الذي تلامس فيه بشرتنا.
شاهد بالفيديو: 10 طرق سهلة لتكون صديقاً للبيئة
أمثلة عن الطاقة الحرارية:
- كوب شايٍ ساخن.
- الينابيع الساخنة.
- الطاقة الحرارية تحافظ على دفء الدم.
- يؤدي النشاط البركاني للأرض وانحلال المعادن الطبيعية إلى إطلاق الطاقة الحرارية الجوفية.
- تقوم الشمس بتسخين الغلاف الجوي، وهذا يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة في النهار.
- الخَبز في الفرن يزيد من درجة حرارة المادة.
- الشعور بدفء نار المخيم على وجهك.
- حمام سباحةٍ مُدفَّأ.
- تعتمد ينابيع المياه الحارة على الطاقة الحرارية الأرضية.
طاقة الصوت:
اهتزاز الجسم ينتج طاقةً صوتيةً، فالصوت هو حركة الطاقة المتولدة عن الاهتزازات من خلال بعض المواد، مثل الهواء أو الماء أو المادة الصلبة، فيمكن أن تنتقل الطاقة الصوتية عبر أي وسيطٍ لنقل الطاقة من جسيم إلى آخر، ويمكنك سماعها، لكن لا يمكن أن ينتقل الصوت عبر الفراغ؛ وذلك لأنَّ الفراغ لا يحتوي على أيَّة جزيئاتٍ يمكن أن تعمل بوصفها وسيطاً.
فعندما يهتز جسمٌ ما، فإنَّه يجعل الجزيئات المحيطة تهتز عن طريق نقل طاقته لها، وهذه الجسيمات عند اصطدامها بجزيئاتٍ أخرى تجعلها تهتز، وبهذه الطريقة تنتقل الطاقة الصوتية من جسيمٍ إلى آخر.
أمثلة عن الطاقة الصوتية:
- صوت الفرد.
- الغناء.
- التصفيق.
- قرع الطبول.
- نحلة طنانة.
- آلة موسيقية.
- صفير إبريق شايٍ.
- نقيق الضفادع.
- الشوكة الرنانة.
- انفجارٌ صوتيٌ.
- صافرة الحكم في المباراة.
- جرسٌ تم قرعه.
- الطقطقة بأصابعك.
الطاقة الكهربائية:
يتكون كل كائنٍ في الكون من جسيماتٍ صغيرةٍ تسمى الذرات، وتتكون الذرات من جسيماتٍ دقيقةٍ وهي الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات؛ إذ تتحرك الإلكترونات في الذرة دائماً حول نواة الذرة، وفي أثناء تطبيق الجهد تحصل الإلكترونات الموجودة في الذرة على الطاقة وتقطع الترابط مع الذرة الأم، ومن ثمَّ تصبح حرةً.
تسمى طاقة هذا الإلكترون الحر بالطاقة الكهربائية أو الكهرباء؛ لذلك تُعرَّف الطاقة الكهربائية بأنَّها طاقةٌ هذه الإلكترونات الحرة المتحركة، فالإلكترونات سالبة وإيجابية الشحنة وعادةً ما تتحرك عبر سلكٍ معدنيٍ ناقلٍ.
أمثلة عن الطاقة الكهربائية:
- البرق.
- الشحنات الكهربائية تتحرك عبر كبل أو سلكٍ.
- أجراس الباب.
- الكهرباء الساكنة.
- مكبرات الصوت.
- البطاريات قيد الاستخدام.
- الكهرباء المخزَّنة في المكثفات.
- ينتج الدماغ تياراً كهربائياً كتيار مباشر.
- التيار المتردد (AC) في المنازل الذي يزود الطاقة الكهربائية للأجهزة المنزلية.
- سماعات الرأس.
- تولِّد الثعابين الكهربائية "الأنكليس" طاقةً كهربائيةً.
- يحول السد الكهرومائي الطاقة الحركية من الماء الساقط إلى طاقةٍ كهربائيةٍ.
الطاقة الميكانيكية:
هي الطاقة المخزَّنة في الأشياء، فعندما يتحرك الجسم بشكلٍ أسرع يتم تخزين المزيد من الطاقة التي تُعرَف باسم الطاقة الميكانيكية؛ وهي مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة، لكن لا يمكن إنشاء هذه الطاقة أو تدميرها؛ بل يمكن تحويلها إلى شكلٍ آخر من أشكال الطاقة.
أمثلة عن الطاقة الميكانيكية:
- ريح.
- نهرٌ متدفق.
- طائرةٌ في رحلة.
- دولاب الموازنة الدوار.
- رصاصةٌ أُطلقت من مسدس.
- شخص ما يركض.
- شخص يقفز بالمظلات.
- الكواكب تتحرك حول الشمس.
- الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض.
- عجلات تزلُّجٍ في أثناء التزلج.
- شخصٌ ما يقفز بالحبال.
- الفكَّان عند المضغ.
- سمكة تسبح.
- سيارة متحركة.
- دوران الإلكترونات حول نواة الذرة.
- نقر الأصابع على المفاتيح في أثناء العزف على البيانو.
- مفاتيح البيانو التي يتم الضغط عليها، وبدورها تضغط على الأوتار.
- طفلٌ يقفز على الترامبولين.
- انزلاقٌ على أرض الملعب.
- أفعوانيةٌ متحركةٌ.
- ركل كرة القدم.
- كرة قدم تتحرك.
- سقوط الثمار من الشجرة.
- طبقٌ طائرٌ يُلقى في الهواء.
- عندما يضرب شخص ما كرة البلياردو، يتم نقل الطاقة إلى هذه الكرة من العصا.
- التزلج على الجليد أسفل الجبل.
- جزيئات الغاز المتحركة في الغرفة.
وغيرها الكثير من الأمثلة التي لا تنتهي.
الاختلافات بين الطاقة الحركية والطاقة الكامنة:
يكمن الاختلاف الرئيس بين الطاقة الحركية والطاقة الكامنة في حقيقة أنَّ الطاقة الكامنة هي ذلك الشكل من الطاقة الميكانيكية المخزَّنة داخل جسمٍ ما، وتكون جاهزةً للإطلاق عند الحاجة إلى القيام ببعض الأعمال، بينما الطاقة الحركية هي هذا الشكل من الطاقة الميكانيكية الذي تم إطلاقه ومرتبطةٌ بحركة الجسم.
أيضاً من المتوقع أن تزداد الطاقة الحركية للجسم زيادةً كبيرةً مع زيادة سرعة الجسم؛ وهذا بسبب أنَّ الطاقة الحركية (KE) تتناسب طردياً مع مربع سرعة الجسم، وتساهم كتلة الجسم أيضاً مساهمةً مباشرةً في الطاقة الحركية للجسم بسبب التناسب المباشر الموجود بين (KE) والكتلة كما يتضح من معادلة الطاقة الحركية KE = (1/2) mv 2 كما ذكرنا آنفاً.
إضافة إلى ذلك، تزداد الطاقة الكامنة للجسم مع زيادة ارتفاع وكتلة الجسم، وهذا أيضاً بسبب العلاقة النسبية المباشرة الموجودة بين الطاقة الكامنة وكتلة الجسم وارتفاعه كما هو موضح في المعادلة PE = mgh؛ إذ إنَّ (g) تساوي 9.8 ms-2، وهي ثابتة، وفيما يأتي جدولٌ يوضح هذه الاختلافات:
S / N الطاقة الحركية الطاقة الكامنة 1 يمكن نقلها بين الأشياء لا يمكن نقلها من شيءٍ إلى آخر 2 تعتمد على كتلة الجسم وسرعته، ولكنَّها لا تعتمد على الارتفاع تعتمد على الكتلة والتسارع بسبب الجاذبية والارتفاع لجسم ما، ولكنَّها لا تعتمد على السرعة 3 تشير الطاقة الحركية إلى الطاقة الموجودة في الجسم بفعل حركته تشير الطاقة الكامنة إلى الطاقة الموجودة في جسمٍ ما بفعل موقعه 4 KE = (1/2) mv 2 إذ m هي الكتلة وv هي السرعة PE = mgh إذ h الارتفاع وg هي الجاذبية وm الكتلة 5 يتعلق الأمر بالأجسام المتحركة والثابتة الأخرى داخل البيئة المباشرة للجسم إنَّها ليست متعلقة ببيئة الجسم 6 تتجلى في سقوط الماء في شلالٍ تتمثل بالمياه على قمة شلالٍ قبل الجرففي الختام:
لقد تعرفنا في هذا المقال إلى الطاقة الحركية، وتحدثنا عن تجلياتها في أشكال الطاقات الأخرى، كالطاقة المشعة والحرارية والصوتية والكهربائية والميكانيكية، وذكرنا أمثلةً عن كل نوعٍ منها، كما قارنا بينها وبين الطاقة الكامنة.
