فهم الطاقة الحركية

الطاقة الحركية هي الطاقة التي يمتلكها جسم ما بسبب حركته. أي جسم متحرك، من سيارة مسرعة إلى دوامة تدور، لديه طاقة حركية. تعتمد هذه الطاقة على كل من كتلة الجسم وسرعته.

صيغة الطاقة الحركية

صيغة الطاقة الحركية الخطية (الانتقالية) هي KE = ½mv²، حيث m هي الكتلة و v هي السرعة. لاحظ أن الطاقة الحركية تتناسب مع مربع السرعة - مضاعفة السرعة تضاعف الطاقة الحركية أربع مرات.

الطاقة الحركية الدورانية

للأجسام الدوارة، تُحسب الطاقة الحركية كـ KE = ½Iω²، حيث I هو عزم القصور الذاتي و ω (أوميغا) هي السرعة الزاوية. يعتمد عزم القصور الذاتي على كيفية توزيع الكتلة حول محور الدوران.

الطاقة الحركية النسبية

عند السرعات التي تقترب من سرعة الضوء، تنهار الصيغة الكلاسيكية. صيغة أينشتاين النسبية هي KE = (γ - 1)mc²، حيث γ (غاما) هو عامل لورنتز: γ = 1/√(1 - v²/c²). تختزل هذه الصيغة إلى الصيغة الكلاسيكية عند السرعات المنخفضة.

نظرية الشغل والطاقة

تنص نظرية الشغل والطاقة على أن الشغل المبذول على جسم يساوي التغير في طاقته الحركية: W = ΔKE. يربط هذا المبدأ الأساسي بين القوة والإزاحة والطاقة.

أمثلة على الطاقة الحركية

• كرة بيسبول: ~120 جول عند 40 م/ث
• شخص يركض: ~1,000 جول عند 5 م/ث
• سيارة بسرعة 100 كم/س: ~340,000 جول
• رصاصة: ~1,000-2,000 جول

حفظ الطاقة

يمكن تحويل الطاقة الحركية إلى أشكال أخرى من الطاقة والعكس صحيح. في نظام مغلق، تُحفظ الطاقة الكلية. على سبيل المثال، جسم ساقط يحول طاقة الوضع الجاذبية إلى طاقة حركية.