صيغة الطاقة الحركية مع تفسيرات وأمثلة للأسئلة الكاملة

الطاقة الحركية هي الطاقة التي يمتلكها جسم ما عندما يتحرك. ترتبط صيغة الطاقة الحركية ارتباطًا وثيقًا بالطاقة الكامنة والطاقة الميكانيكية.

في هذه المناقشة ، سأقدم شرحًا للطاقة الحركية ، جنبًا إلى جنب مع سياق وأمثلة للمشكلة ، حتى يسهل فهمها ...

... نظرًا لأن النقاش حول الطاقة الحركية يظهر غالبًا في مواد الفيزياء في المدارس الإعدادية والثانوية ، فإنه يتم طرحه أيضًا في كثير من الأحيان في أسئلة الأمم المتحدة (الامتحان الوطني).

تعريف الطاقة

الطاقة مقياس للقدرة على القيام بالعمل.

لذلك ، في كل نشاط ، سواء كان ذلك دفع طاولة ، أو رفع الأشياء ، أو الجري ، فأنت بحاجة إلى الطاقة.

هناك أنواع عديدة من الطاقة ، وأهمها

• الطاقة الحركية
• الطاقة الكامنة

يُطلق على مزيج الطاقة الحركية والطاقة الكامنة أيضًا اسم الطاقة الميكانيكية

الطاقة الحركية

الطاقة الحركية هي الطاقة التي يمتلكها جسم متحرك.

تأتي كلمة kinetic من الكلمة اليونانية kinetikos والتي تعني التحرك. لذلك ، من هذا ، كل الأجسام المتحركة ، بالطبع ، لديها طاقة حركية.

ترتبط قيمة الطاقة الحركية ارتباطًا وثيقًا بكتلة الجسم وسرعته. كمية الطاقة الحركية تتناسب طرديًا مع حجم الكتلة وتتناسب مع مربع سرعة الجسم.

يجب أن يمتلك الجسم ذو الكتلة والسرعة الكبيرة طاقة حركية كبيرة عند الحركة. والعكس صحيح ، الأجسام التي تكون كتلتها وسرعتها صغيرة ، وطاقتها الحركية صغيرة أيضًا.

من أمثلة الطاقة الحركية الشاحنات التي تتحرك أثناء الجري وحركات أخرى مختلفة.

مثال آخر يمكنك ملاحظته عند إلقاء الحجارة. يجب أن تكون الصخرة التي ترميها ذات سرعة ، وبالتالي فهي تمتلك طاقة حركية. يمكنك رؤية الطاقة الحركية لهذه الصخرة عندما تضرب الهدف أمامها.

الطاقة الكامنة

الطاقة الكامنة هي الطاقة التي تمتلكها الأشياء بسبب وضعها أو وضعها.

على عكس الطاقة الحركية ، التي لها شكل واضح إلى حد ما ، أي عندما يتحرك جسم ما ، فإن الطاقة الكامنة ليس لها شكل معين.

هذا لأن الطاقة الكامنة هي في الأساس طاقة لا تزال محتملة أو مخزنة في الطبيعة. ولن يخرج إلا عندما يغير موقفه.

مثال على الطاقة الكامنة التي يمكنك العثور عليها بسهولة هي الطاقة الكامنة في الربيع.

عندما تضغط على زنبرك ، فإنه يحتوي على طاقة كامنة مخزنة. لهذا السبب ، عندما تترك قبضتك على زنبرك ، يمكن أن تمارس دفعة.

يحدث هذا بسبب إطلاق الطاقة المخزنة في شكل طاقة كامنة.

الطاقة الميكانيكية

الطاقة الميكانيكية هي الكمية الإجمالية للطاقة الحركية والطاقة الكامنة.

تتمتع الطاقة الميكانيكية بخصائص فريدة معينة ، أي أنه تحت تأثير القوة المحافظة ، فإن كمية الطاقة الميكانيكية ستكون دائمًا كما هي ، على الرغم من اختلاف قيم الطاقة الكامنة والطاقة الحركية.

قل ، خذ على سبيل المثال المانجو الناضجة على الشجرة.

عندما تكون في الشجرة ، تمتلك المانجو طاقة كامنة بسبب موقعها ، وليس لديها طاقة حركية لأنها ثابتة.

ولكن عندما تنضج المانجو وتسقط ، تنخفض طاقتها الكامنة مع تغير موضعها ، بينما تزداد طاقتها الحركية مع استمرار زيادة سرعتها.

يمكنك أيضًا فهم الشيء نفسه من خلال النظر إلى مثال الحالة على قطار الموت.

علاوة على ذلك ، في هذه المناقشة ، سأركز على موضوع الطاقة الحركية.

اقرأ أيضًا: هل سينفد الوقود الأحفوري في العالم؟ على ما يبدو لا

أنواع وصيغ الطاقة الحركية

توجد الطاقة الحركية في عدة أنواع وفقًا لحركتها ، ولكل منها صيغة الطاقة الحركية الخاصة بها.

فيما يلي الأنواع

صيغة الطاقة الحركية (الطاقة الحركية الانتقالية)

هذه هي الصيغة الأساسية للطاقة الحركية. الطاقة الحركية الانتقالية أو ما يسمى بالطاقة الحركية هي الطاقة الحركية عندما تتحرك الأشياء في ترجمة.

E _k = xmx v2

المعلومات:

م = كتلة الجسم الصلب (كجم)

ت = السرعة (م / ث)

E _k  = الطاقة الحركية (جول)

صيغة الطاقة الحركية الدورانية

في الواقع ، لا تتحرك كل الكائنات في انتقال خطي. هناك أيضًا أشياء تتحرك في حركة دائرية أو دورانية.

تسمى صيغة الطاقة الحركية لهذا النوع من الحركة معادلة الطاقة الحركية الدورانية ، وتختلف قيمها عن الطاقة الحركية العادية.

تستخدم المعلمات في الطاقة الحركية الدورانية لحظة القصور الذاتي والسرعة الزاوية ، وهي مكتوبة بالصيغة:

E _{r =} ½ x I x ω2

المعلومات:

أنا = لحظة من الجمود

ω = السرعة الزاوية

لذلك لحساب الطاقة الحركية الدورانية ، عليك أولاً معرفة لحظة القصور الذاتي والسرعة الزاوية للجسم.

صيغ الطاقة الحركية النسبية

الطاقة الحركية النسبية هي طاقة حركية عندما يتحرك الجسم بسرعة كبيرة.

نظرًا لكونها سريعة جدًا ، فإن الأجسام التي تتحرك نسبيًا لها سرعة تقترب من سرعة الضوء.

من الناحية العملية ، يكاد يكون من المستحيل أن تصل الأجسام الكبيرة إلى هذه السرعة. لذلك ، تتحقق هذه السرعة الكبيرة بشكل عام بواسطة الجسيمات التي تشكل الذرة.

تختلف صيغة الطاقة الحركية النسبية عن الطاقة الحركية العادية لأن حركتها لم تعد متوافقة مع ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية. لذلك ، يتم تنفيذ النهج مع نظرية النسبية لأينشتاين ويمكن كتابة الصيغة على النحو التالي

E _k = (γ-1) mc2

حيث γ هي الثابت النسبي ، و c هي سرعة الضوء ، و m كتلة الجسم.

علاقة الطاقة بالجهد

العمل أو العمل هو مقدار الطاقة التي تمارسها القوة على الأشياء أو الأشياء التي تتعرض للإزاحة.

يُعرَّف العمل أو الشغل بأنه حاصل ضرب المسافة التي قطعتها القوة في اتجاه الإزاحة.

معبرا عنها بالشكل

W = Fs

حيث W = العمل (جول) ، F = القوة (N) ، و s = المسافة (م).

انظر إلى الصورة التالية حتى تفهم بشكل أفضل مفهوم العمل.

يمكن أن تكون قيمة الشغل موجبة أو سلبية اعتمادًا على اتجاه القوة التي يتم إزاحتها بها.

إذا كانت القوة المؤثرة على الجسم في الاتجاه المعاكس لإزاحته ، فإن الشغل المبذول يكون سالبًا.

إذا كانت القوة المؤثرة في نفس اتجاه الإزاحة ، فإن الجسم يقوم بعمل إيجابي.

إذا شكلت القوة المطبقة زاوية ، فإن قيمة الشغل تُحسب فقط بناءً على القوة في اتجاه حركة الجسم.

يرتبط العمل ارتباطًا وثيقًا بالطاقة الحركية.

قيمة الشغل تساوي التغير في الطاقة الحركية.

يشار إلى هذا على النحو التالي:

W = ΔE _k = 1/2 m (v ₂ 2 -v ₁ 2)

حيث W = الشغل ، = التغير في الطاقة الحركية ، m = كتلة الجسم ، v ₂ 2 = السرعة النهائية ، و v ₁ 2 = السرعة الابتدائية.

أمثلة على تطبيق مفهوم الطاقة في الحياة اليومية

أمثلة على تطبيق الطاقة الكامنة ، وهي

• مبدأ عمل المنجنيق

  يوجد في المنجنيق مطاط أو زنبرك يعمل كقاذفة صخور أو رصاصة لعبة. المطاط أو الزنبرك المسحوب والمثبت به طاقة كامنة. إذا تم إطلاق المطاط أو الزنبرك ، ستتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية

• مبدأ عمل الطاقة الكهرومائية

  المبدأ المستخدم هو نفسه تقريبًا ، أي عن طريق زيادة إمكانات الجاذبية للمياه المجمعة.

أمثلة على تطبيق الطاقة الحركية هي:

• سقط جوز الهند المتحرك من الشجرة

  في هذه الحالة ، يتحرك جوز الهند ، مما يعني أنه يحتوي على طاقة حركية. يمكن أيضًا رؤية تأثير هذه الطاقة عندما يصل جوز الهند إلى رطم على الأرض.

• ركل الكرة

  إذا كنت تحب لعب كرة القدم ، فلا بد أنك تركل الكرة كثيرًا أيضًا.

ركل الكرة هو مثال على تطبيق العلاقة بين الطاقة الحركية والعمل. تقوم بركل الكرة بقدمك ، مما يعني أنك تعمل على الكرة. ثم تحول الكرة هذا الجهد إلى طاقة حركية بحيث يمكن للكرة التحرك بسرعة.

اقرأ أيضًا: Caci Maki Netizen Power Plant (PLTCMN) فكرة سيئة للغاية

مثال على مشكلة الطاقة الحركية

مثال على مشكلة الطاقة الحركية 1

سيارة كتلتها 500 كجم تسير بسرعة 25 م / ث. احسب الطاقة الحركية للسيارة بهذه السرعة! ماذا سيحدث إذا فرملت السيارة فجأة؟

معروف:

كتلة السيارة (م) = 500 كجم

سرعة السيارة (ت) = 25 م / ث

طلبت:

الطاقة الحركية والأحداث إذا فرامل السيارة فجأة

إجابة:

يمكن حساب الطاقة الحركية لسيارة السيدان على النحو التالي:

إك = 1/2. م v2

إك = 1/2. 500. (25) 2

إك = 156،250 جول

عندما تفرمل السيارة ، ستتوقف السيارة. سيتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية وطاقة صوتية ناتجة عن الاحتكاك بين الفرامل والمحاور والإطارات على الطريق.

مثال لمشكلة الطاقة الحركية 2

تبلغ الطاقة الحركية للسيارة الجيب 560.000 جول. إذا كان وزن السيارة 800 كجم ، تكون سرعة الجيب ...

معروف:

الطاقة الحركية (Ek) = 560.000 جول

كتلة السيارة (م) = 800 كجم

طلبت:

سرعة السيارة (ت)؟

إجابة:

إك = 1/2. م v2

ت = √ 2 × إك / م

ع = √ 2 × 560،000 / 800

الخامس = 37.42 م / ث

إذن سرعة السيارة الجيب 37.42 م / ث

مثال المشكلة 3 الطاقة الحركية والعمل

تنزلق كتلة كتلتها 5 كجم على السطح بسرعة 2.5 م / ث. بعد مرور بعض الوقت ، كانت الكتلة تتحرك بسرعة 3.5 م / ث. ما هو إجمالي العمل المنجز على الكتلة خلال هذا الوقت؟

معروف:

كتلة الجسم = 5 كجم

السرعة الابتدائية (V1) = 2.5 م / ث

سرعة الجسم النهائي (V2) = 3.5 م / ث

طلبت:

إجمالي العمل المنجز على الكائن؟

إجابة:

W = ΔE _ك

W = 1/2 م (ع ₂ 2-ت ₁ 2)

ث = 1/2 (5) ((3،5) 2- (2،5) 2)

W = 15 جول

إذن ، إجمالي الشغل المطبق على الجسم هو 15 جول.

مشكلة المثال 4 الطاقة الميكانيكية

تسقط تفاحة كتلتها 300 جرام من بوهو على ارتفاع 10 أمتار. إذا كانت قوة الجاذبية (جم) = 10 م / ث 2 ، احسب الطاقة الميكانيكية في التفاح!

معروف:

- كتلة الجسم: 300 جرام (0.3 كجم)

- الجاذبية ز = 10 م / ث 2

- الارتفاع ع = 10 م

طلبت:

الطاقة الميكانيكية (إم) التفاح؟

إجابة:

إذا سقط الجسم وكانت السرعة غير معروفة ، يُفترض أن الطاقة الحركية (Ek) تساوي صفرًا (Ek = 0)

Em = Ep + Ek

إم = الحلقة + 0

إم = الحلقة

Em = mgh

Em = 0.3 كجم. 10 .10

Em = 30 جول

خاتمة

الطاقة الميكانيكية التي تمتلكها التفاحة الساقطة هي 30 جول.

مثال المشكلة 5 الطاقة الميكانيكية

سقط كتاب وزنه 1 كجم من المبنى. عندما يسقط على الأرض ، تكون سرعة الكتاب 20 م / ث. ما هو ارتفاع المبنى حيث سقط الكتاب إذا كانت قيمة g = 10 m / s2؟

معروف

- الكتلة م = 1 كجم

- السرعة v = 20 م / ث

- الجاذبية ز = 10 م / ث 2

طلبت

ارتفاع المبنى (ح)

إجابة

Em1 = ​​Em2

الحلقة 1 + Ek1 = Ep2 + Ek2

m1.g.h1 + 1/2 m1.v12 = m1.g.h2 + 1/2 m1.v22

Ep = الحد الأقصى

Ek1 = 0 (لأن الكتاب لم يتحرك بعد

الحلقة 2 = 0 (لأن الكتاب موجود بالفعل على الأرض وليس له ارتفاع)

Ek2 = الحد الأقصى

m1.g.h1 + 0 = 0 + 1/2 m1.v ₂ 2

1 × 10 × س = 1/2 × 1 × (20) 2

10 × ح = 200

ح = 200/10

ح = 20 مترا.

خاتمة

لذلك ، فإن ارتفاع المبنى الذي سقط فيه الكتاب يبلغ 20 متراً.

مثال مشكلة 6 أوجد السرعة إذا كانت الطاقة الحركية معروفة

ما سرعة جسم كتلته 30 كجم وطاقته الحركية 500 J؟

EK = 1/2 x mv2

500 = 1/2 × 30 × v2

500 = 1/2 × 30 × v2

v2 = 33،3

الخامس = 5.77 م / ث

مثال مشكلة 7 أوجد الكتلة إذا كانت الطاقة الحركية معروفة

ما كتلة جسم طاقة حركية مقدارها 100 J وسرعته 5 m / s؟

EK = 0.5 × mv2

100 J = 0.5 × م × 52

م = 8 كجم

وهكذا فإن النقاش حول صيغة الطاقة الحركية هذه المرة. نأمل أن تكون هذه المناقشة مفيدة ويمكنك فهمها.

يمكنك أيضًا قراءة ملخصات مختلفة للمواد المدرسية الأخرى في Saintif.

مرجع

• ما هي الطاقة الحركية - Khan Academy
• الطاقة الحركية - فصل الفيزياء
• الطاقة الحركية ، الكامنة ، الميكانيكية | الصيغ ، التفسيرات ، الأمثلة ، الأسئلة - TheGorbalsla.com
• الجهد والطاقة - استوديو الدراسة