طاقة الحركة 

يقال ان للجسم طاقة إذا كان قادراً على بذل الشغل. لهذا السبب يقال عادة ان الطاقة هي  المقدرة على بذل الشغل. وبالرغم من ان مفهوم الطاقة اكثر تعقيداً من ان يوصف وصفاً تاماً بهذه العبارة المختصرة. فإن ربط الطاقة بالشغل ما زال مفيداً. وهناك انواع كثيرة من الطاقة، ولكننا نبدأ دراستنا بمناقشة طاقة الحركة.

من الممكن ان تكسر كرة البيسبول المتحركة نافذة عند اصطدامها بها ، كما ان المطرقة المتحركة يمكنها ان تدخل مسماراً في الخشب ، وكذلك يمكن للحجر المتحرك إلى أعلى أن يرتفع ضد قوة الجاذبية. من الواضح إذن أن الأجسام المتحركة لها قدرة على بذل الشغل ، اي أن لها طاقة. وسوف نسمى الطاقة التي يمتلكها جسم بسبب حركته بطاقة الحركة * (K E) ؟

وكمثال محدد ، لنفرض ان عربة محملة كتلتها الكلية m  تندفع بسرعة قدرها v₀ كما بالشكل 1)) . وكما هو واضح من الشكل ، هناك شخص يقوم بشد العربة بقوة ثابتة -F_x محاولاً إيقافها. وطبقاً لقانون نيوتن الثالث تؤثر العربة على هذا الشخص بقوة مساوية في المقدار واتجاها إلى الامام. فإذا تحركت العربة والشخص مسافة قدرها x فإن الشعل المبذول بواسطة العربة على الشخص يكون:

 W = F_x x ( على الشخص)

لنربط الآن هذه الكمية من الشغل بالتغير الناتج في حركة العربة.

حيث أن القوة المعوقة -F_x تؤثر على العربة لابد أن تتباطأ. وطبقاً لقانون نيوتن الثاني:

وباستعمال معادلة الحركة  ( المعادلة 2-9) في التعويض عن a_x بالمقدار  نجد أن :

وبالتعويض عن F_x بهذه الكمية في معادلة الشغل المبذول على الشخص نحصل على:

(1) 

هذا التعبير يعطينا كمية الشغل المبذول بواسطة جسم متحرك عندما يتباطأ من سرعة مقدارها v₀ إلى سرعة مقدارها v_f. فإذا ما وصلت العربة إلى السكون ، حيث تصبح  v_f = 0فإن الشغل الذي تملكه يكون 1/2 mv²₀. يستنتج من ذلك إذن أن الجسم الذي كتلته m والمتحرك بسرعة مقدارها v يستطيع أن يبذل شغلاً قدره1/2 mv²₀ قبل أن يصل إلى حالة السكون.

باستخدام هذا المنطق يمكن تعريف طاقة حركة جسم بالطريقة الآتية :

طاقة حركة (K E) جسم كتلته m يتحرك بسرعة مقدارها v هي:

(2)          

ويمكنك ان تحقق بسرعة باستخدام المعادلة (2) أن وحدة طاقة الحركة في النظام SI هي نفس وحدة الشغل ، أي الجول. لاحظ أن طاقة الحركة كمية غير متجه، مثلها في ذلك مثل جميع أشكال الطاقة الأخرى. وأيضاً ، حيث أن الكتلة m ومربع مقدار السرعة v² كميتان موجبتنا فإن طاقة الحركة موجبة كذلك.

____________________________

مواضيع ذات صلة

أنظمة لأكثر من جسيم واحد

كمية التحرك الزاوية والقوة المركزية

الحركة الدورانية

امثلة عن الاتزان الاستاتيكي للأجسام الممتدة

الاتزان الاستاتيكي للأجسام الممتدة

تعريف العزم

تذبذبات صغيرة لبندول

اعتبارات الطاقة في الحركة التوافقية البسيطة

الحل الهندسي للمعادلة التفاضلية للحركة التوافقية البسيطة، دائرة المرجع

الحل باستخدام حساب التفاضل والتكامل

قانون هوك والمعادلة التفاضلية للحركة التوافقية البسيطة

القدرة ووحدات الشغل