طاقة حركية: الفرق بين النسختين

[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
SHBot (نقاش | مساهمات)
ط بوت: وسوم صيانة: إزالة تصنيفات بذور مضاف مباشرةً بدون قالب بذرة
JarBot (نقاش | مساهمات)
ط بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف V4.2 (تجريبي)
سطر 9:
''E''<sub>k</sub> = ''E''<sub>t</sub>+''E''<sub>r</sub>
}}
'''الطاقة الحركية''' هي نوع من [[طاقة|الطاقة]] التي يملكها الجسم بسبب حركته، تُساوي [[شغل (توضيح)|الشغل]] اللازم لتسريع جسم ما من حالة السكون إلى سرعة معُينة، سواء كانت سرعة مستقيمة أو [[سرعة زاوية|زاويّة]].
 
بعد اقتناء هذه الطاقة إثر [[تسارع]]ه، لا تتغيّر الطاقة الحركية للجسم، ويظل محتفظًا بها طالما لا يوجد احتكاكا يوقفه طبقا لقانون [[حفظ الطاقة (فيزياء)|حفظ الطاقة]]، ولتوقيف الجسم المتحرك وتوصيله إلى حالة السكون من جديد يتطلب بذل شغل من جديد مُساو للأول الكبح.<ref>{{مرجع كتاب|عنوان=Textbook of Engineering Physics (Part I)|الأول1=Mahesh C.|الأخير1=Jain|سنة=2009|isbn=81-203-3862-6|صفحة=9|مسار=https://books.google.com/books?id=DqZlU3RJTywC}}, [https://books.google.com/books?id=DqZlU3RJTywC&pg=PA9 Chapter 1, p. 9]</ref>
سطر 15:
ويمكن للطاقة التحول من صورة لأخرى : فلننظر إلى راكب الدراجة، تتحول في جسمه الطاقة الكيميائية المتولدة عن حرق المواد الغذائية التي حصل عليه بالأكل، تتحول إلى طاقة حركة، فهو يبذل شغلا وبذلك يتحرك بعجلته. لأن الطاقة الكيميائية تحولت إلى طاقة حركة. ولكن الطاقة الكيميائية لم تتحول بكاملها في هذا المثال إلى طاقة حركة، إذ أن جزءا منها تحول إلى طاقة حرارية في جسمه، فدرجة حرارة جسمه 37 درجة مئوية. ونلاحظ انحفاظ الطاقة في هذا المثال أيضا ً.<ref>{{مرجع كتاب|عنوان=Logic in Reality|إصدار=illustrated|الأول1=Joseph|الأخير1=Brenner|ناشر=Springer Science & Business Media|سنة=2008|isbn=978-1-4020-8375-4|صفحة=93|مسار=https://books.google.com/books?id=Jnj5E6C9UwsC}} [https://books.google.com/books?id=Jnj5E6C9UwsC&pg=PA93 Extract of page 93]</ref>
 
وتقاس طاقة الحركة بالوحدات التالية [[تحويل الوحدات|وحدة طاقة]]:
 
1 جول = 1 كيلوجرام. متر<sup>2</sub>. ثانية <sup>−2</sup>
سطر 25:
== تاريخ ==
 
[[ويليام أكام]] هو أول من فرّق في سنة 1323م بين الحركة الديناميكية بمعنى الذّاتية والحركة التي تحدث إثر التعامل (مع أجسام أو قوى أخرى)، من بينها [[اصطدام (توضيح)|الاصطدامات]].
 
ثم [[غوتفريد لايبنتس|غوتفريد لايبنتز]] طوٌر مفهوم ''«القوّة الحية»'' (vis viva) في سنوات 1676م إلى 1689م كإشارة لفكرة الطاقة الحركية.
 
و في سنة 1829م أدخل [[غاسبارد-غوستاف كوريوليس|كوريوليس]] في كتابه ''Calcul de l'Effet des Machines'' الرّياضيّات المتعلقة بالطاقة الحركية.
سطر 35:
== تعريف ==
 
هنالك العديد من الأشكال التي يُمكن أن تأخذها الطاقة: [[طاقة|الطاقة الكيميائية]]، و[[طاقة حرارية|الطاقة الحرارية]]، و[[إشعاعموجة كهرومغناطيسيكهرومغناطيسية|الإشعاع الكهرمغناطيسي]]، و[[طاقة وضع|طاقة الوضع]] و[[طاقة كهربائية|الطاقة الكهربائية]]، و[[طاقة نووية|الطاقة النووية]]، وتستغل طاقة الوضع في المحطات الكهرومائية لإنتاج الطاقة الكهربائية من السدود المائية.
 
يمكن فهم معنى الطاقة الحركية بأمثلة تفسر كيف تتحول هذه الطاقة من أو إلى أنواع أخرى من الطاقات. على سبيل المثال متسابقٌ على دراجته سيستعمل طاقته الكيماوية، التي اكتسبها من الطعام ليسرع دراجته إلى سرعة محددة. من الممكن الحفاظ على هذه السرعة دون جهد زائد ما عدا التغلب على مقاومة الهواء والاحتكاك بالأرض. تحولت الطاقة الكيماوية إلى طاقة تحرك، أو بمعنى أدق تحول جزء من الطاقة الكيميائية إلى طاقة حركة، وتحول الجزء الآخر من الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية، لأن هذا الجزء الثاني أنتج في نفس الوقت حرارة في جسم المتسابق.
 
من الممكن أيضاً تحويل الطاقة الحركية للمتسابق إلى أنواعٍ أخرى من الطاقات، فمثلاً إذا قابل في طريقه تل عالٍ واستمر على مساره حتى يصل أعلاه، فقد تحولت طاقته الحركية أثناء الصعود إلى [[طاقة وضع]]. وتتحول طاقة الوضع هذه ثانيا إل طاقة حركة عند نزوله من أعلى إلى أسفل، فلا يحتاج لذلك بذل أي جهد، فهو يترك ببساطة الدراجة تتدرج نحو أسفل التل.<ref>{{مرجع ويب|مسار=https://www.khanacademy.org/science/physics/work-and-energy/work-and-energy-tutorial/a/what-is-kinetic-energy|عنوان=Khan Academy|موقع=Khan Academy|تاريخ الوصول=2016-10-09| مسار أرشيف = httphttps://web.archive.org/web/20171029010728/https://www.khanacademy.org/science/physics/work-and-energy/work-and-energy-tutorial/a/what-is-kinetic-energy | تاريخ أرشيف = 29 أكتوبر 2017 }}</ref>
 
نلاحظ أنه لا يوجد فَقد في الطاقة بل تحويل من شكلٍ إلى آخر. من ناحيةٍ أخرى إذا وضعنا [[مولد كهربائي|مولدا كهربائيا]] على إحدى عجلات الدراجة، تتحول جزء من الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية، إلا أن سرعة الدراجة يبطؤ قليلا لأن طاقة الحركة التي يبذلها راكب الدراجة يتحول جزء منها إلى طاقة كهربائية. أما إذا استعمل المتسابق فرامله، تتحول الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية ناتجة عن الاحتكاك.
سطر 45:
=== أمثلة ===
 
[[مركبة فضاءفضائية|المركبة الفضائية]] تحتاج [[طاقة كيميائية]] (احتراق الوقود) حتى تقوم بالأقلاع وتكتسب طاقة الحركة المطلوبة حتى تصل إلى سرعة المدار. وتظل طاقة الحركة التي اكتسبتها المركبة عند دورانها في المدار ثابتة لقلة وجود احتكاك. وعند دخول المركبة في [[غلاف جوي|الغلاف الجوي]] [[أرضبر|للأرض]] عند عودتها تنشأ قوة [[احتكاك]] كبيرة مع الهواء فتتحول طاقة الحركة للمركبة إلى طاقة حرارية تهدد حياة الرواد الراكبين في مقصورتها، ولهذا يهتم المهندسون ببناء سطح واق من الحرارة على سطح المركبة.
 
ومن الممكن أن تنتقل طاقة الحركة من جسم إلى آخر، بالتصادم مثلا. في لعبة البلياردو يقوم اللاعب بأعطاء الكرة طاقة حركة بضربها بالعصا، وعند تصادم الكرة بكرة أخرى تنقص سرعتها فجأة وتنتقل طاقة حركتها إلى الكرة المصدومة. ويعد هذا التصادم تصادما مرنا وتبقى طاقة الحركة ثابتة قبل وبعد التصادم [[احتفاظ الطاقة]].
سطر 51:
=== طرق للحساب ===
 
العديد من المعادلات المختلفة التي تستخدم لحساب طاقة حركة جسم ما، وتختلف المعادلات المستخدمة بحسب الحالة المطلوب دراستها. ففي الحالات المعتادة حيث تتحرك الأجسام بسرعات أقل كثيرا من سرعة الضوء (سرعة الضوء 300000 كيلومتر/ثانية) يمكن استخدام قوانين نيوتن [[ميكانيكا كلاسيكية|للميكانيكا الكلاسيكية]]، أما إذا تحرك الجسم بسرعة مقاربة [[سرعة الضوء]] فيجب استخدام معادلات [[ألبرت أينشتاين|أينشتين]] الناتجة عن [[نظرية النسبية|النظرية النسبية]] لأن معادلات نيوتن تناسب السرعات البطيئة فقط (السرعات المعتادة). كذلك لا تصلح معادلات نيوتن لوصف حركة [[ذرة|الذرة]] و[[إلكتروناتإلكترون|الإلكترونات]]، فهذه تـُدرس بواسطة [[ميكانيكا الكم]]
 
== طاقة حركة نيوتن ==
سطر 73:
لاحظ أن طاقة الحركة تتناسب مع مربع السرعة بمعنى إذا زادت سرعة الجسم إلى الضعف، فإنه يحتاج أربع أضعاف المسافة التي كان يحتاجها عند سرعته البطيئة عند الكبح. وهذا ما يغيب عن كثير من راكبى السيارات.
 
وتتناسب طاقة الحركة مع [[زخم الحركة|كمية التحرك]] بالعلاقة الآتية :
:<math>E_k = \frac{p^2}{2m}</math>
 
سطر 134:
:<math>E_k = \frac{m c^2}{\sqrt{1 - v^2/c^2}} - m c^2</math>
 
فإذا اقتربت سرعة الجسم من سرعة الضوء فيجب حساب حركته بواسطة [[ميكانيكا النسبية]] التي أسسها [[ألبرت أينشتاين|أينشتاين]]، تقول أن كتلة الجسم تزيد بزيادة سرعته. وتعطينا كمية حركة الجسم p في الصورة العامة :
 
:<math> p = \frac{m v}{\sqrt{1 - (v/c)^2}} </math>
سطر 180:
== وحدات الطاقة ==
 
يمكن تحويل وحدات الطاقة أو الشغل بالعلاقات الآتية [[تحويل الوحدات|وحدة طاقة]]:
 
1 جول = 1 كيلوجرام. متر<sup>2</sub>. ثانية <sup>−2</sup>