ما المقصود بالطاقة الحركية؟

ما هي الطاقة الحركية؟

الطاقة الحركية (بالإنجليزية: Kinetic Energy)، هي أحد أشكال الطاقة، وتعني طاقة الكتلة أثناء حركتها؛ أي أنّ الطاقة الحركية لجسم ما هي الطاقة التي يمتلكها نتيجة حركته، وهي خاصية لجسم متحرك أو جسيم، وتعتمد على حركته وكتلته، وقد يكون نوع الحركة عبارة عن حركة على طول مسار من مكان إلى آخر، أو دوران حول محور، أو اهتزاز، أو أيّ نوع من الحركات.^[١][٢]

وفي الميكانيكا الكلاسيكية لنيوتن، والتي تصف أجسامًا مرئية تتحرك بسرعة ضئيلة مقارنة بسرعة الضوء، يُمكن حساب الطاقة الحركية (E) لجسم كبير متحرك عن طريق ضرب نصف كتلة هذا الجسم (m) بمربع سرعته (v)، ويعبر عنها بالعلاقة التالية:^[٢]

E= ½mv2

ومن الملاحظ أنّ الطاقة كمية قياسية، أي أنّها لا تعتمد على الاتجاه، كما أنّها دائمًا موجبة، فعندما تتضاعف الكتلة تتضاعف الطاقة، وعند تضاعف السرعة تتضاعف الطاقة أربع مرات.^[٢]

خصائص الطاقة الحركية

ولعل أهمّ خاصية للطاقة الحركية هي قدرتها على إنجاز شغل (work)، يُعرَّف الشغل بأنّه القوة المؤثرة في جسم ما باتجاه حركتهِ، ويرتبط الشغل والطاقة ارتباطًا وثيقًا، فيُمكن تبديلهما معًا، في حين أنّ الطاقة الحركة عادة ما يتمّ التعبير عنها بالمعادلة الآتية:^[٢]

E= ½mv2

فالشغل (W) هو القوة (F) مضروبة بالمسافة (d):^[٢]

W = Fd

وإذا أردنا تغيير الطاقة الحركية لجسم عملاق، علينا القيام بشغل عليه، فعلى سبيل المثال، لغرض رفع جسم ثقيل، يجب علينا القيام بشغل للتغلب على قوة الجاذبية وتحريك الجسم إلى الأعلى، وإذا كان الجسم ثقيلًا بشكل مضاعف، فإنّه يتطلب شغلًا مضاعفًا لرفعه إلى نفس المسافة، كما يتطلب الأمر ضعف الشغل لرفع نفس الجسم مرتين.^[٢]

كذلك لتحريك جسم ثقيل على الأرض، يجب علينا التغلب على قوة الاحتكاك بين الجسم والأرضية، إذ إنّ الشغل المطلوب يتناسب مع وزن الجسم والمسافة التي يتم تحريكها، فمثلًا إذا كنت تحمل بيانو على ظهرك أسفل أحد الممرات، في الحقيقة أنت لا تقوم بأيّ شغل حقيقي، إذ يتطلب الأمر القيام بشغل لرفع وزن ما ووضعه على رف أو لغرض الضغط على نابض.^[٢]

ماذا يحدث للطاقة إذن؟

نحن نعلم أن الطاقة تُحفظ، أي أن الطاقة لا تفنى ولا يُمكن استحداثها، ويُمكن تحويلها فقط من شكل إلى آخر، في كلا الحالتين يتمّ تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كامنة؛ لأنّه على الرغم من أنّها لا تقوم بأيّ شغل فعليًا، إلّا أنّ لديها القدرة على القيام بالشغل إذا أسقطنا الجسم من الرف أو حررنا النابض، فإنّ الطاقة الكامنة تتحول مرة أخرى إلى طاقة حركية.^[٢]

يُمكن أيضًا للطاقة الحركية أن تنتقل من جسم إلى آخر في حالة الاصطدام، والتي يُمكن أن تكون مرنة أو غير مرنة، وكمثال على الاصطدام المرن هو عندما تصطدم إحدى كرات البلياردو بكرة أخرى، وعند تجاهُل الاحتكاك بين الكرات، أو احتكاك الكرات مع الطاولة، أو أيّ دوران للكرة، سيكون مجموع إجمالي الطاقة الحركية للكرتين بعد الاصطدام يساوي الطاقة الحركية للكرة قبل الاصطدام.^[٢]

أنواع الطاقة الحركية

تتمثل أنواع الطاقة الحركية فيما يأتي:^[٣]

• الطاقة الميكانيكية: يُعرف مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة بالطاقة الميكانيكية التي لا يُمكن استحداثها ولا فناؤها، ولكن يُمكن تحويلها من شكل إلى آخر، ومن الأمثلة على الطاقة الميكانيكية: دوران الأقمار الصناعية حول الأرض، والسيارة المتحركة.
• الطاقة الكهربائية: يتمّ الحصول على الطاقة الكهربائية من الإلكترونات الحرة ذات الشحنة الموجبة والسالبة، ومن الأمثلة على الطاقة الكهربائية: البرق، والبطاريات في وضع الاستخدام.
• الطاقة المشعة: تتحرك الطاقة المشعة في الوسط أو الفضاء، مثل: أشعة غاما، والأشعة فوق البنفسجية.
• طاقة الصوت: الصوت هو شكل من أشكال الطاقة، وتنتج الطاقة الصوتية عن طريق اهتزاز الجسم، وتنتقل عبر الوسط، ولكن لا يُمكنها الانتقال في الفراغ، إذ لا توجد جزيئات تعمل كوسيط للانتقال عبرها، ومن الأمثلة على الطاقة الصوتية: الشوكة الرنانة، وقرع الطبل.
• الطاقة الحرارية: الطاقة الحرارية هي شكل من أشكال الطاقة التي تُطلقها الأجسام الساخنة، ويتمّ الحصول على كمية كبيرة من الحرارة عن طريق حرق الوقود، وتنتج الحرارة أيضًا عندما تعارض قوى الاحتكاك الناتج عن الحركة، وتتولد بسبب حركة الذرات عندما تصطدم ببعضها البعض، ومن الأمثلة على الطاقة الحرارية: الينابيع الساخنة، وحمامات السباحة المدفأة.

فوائد الطاقة الحركية

إضافة إلى ذلك يُمكن تحويل الطاقة الحركية إلى أشكال أخرى من الطاقة والعكس صحيح، على سبيل المثال، يُمكن تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية بواسطة المولد، أو إلى طاقة حرارية مثل مكابح السيارة، والعكس صحيح، يُمكن تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية بواسطة المحرك الكهربائي، ويُمكن تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية بواسطة التوربينات البخارية، ويُمكن تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حركية بواسطة محرك الاحتراق الداخلي.^[٢]