الطاقة الحركية - كمية فيزيائية قياسية تساوي نصف حاصل ضرب كتلة الجسم ومربع سرعتها.
لفهم ماهية الطاقة الحركية للجسم ، ضع في اعتبارك الحالة التي يتحرك فيها جسم كتلته م تحت تأثير قوة ثابتة (F = const) في خط مستقيم مع تسارع منتظم (a = const). لنحدد عمل القوة المؤثرة على الجسم عند تغيير مقياس سرعة هذا الجسم من v1 إلى v2.
كما نعلم ، يتم حساب عمل القوة الثابتة بالصيغة. بما أننا في الحالة التي ندرسها ، يتطابق اتجاه القوة F مع الإزاحة s ، ثم نحصل على أن عمل القوة يساوي A = Fs. وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، نجد القوة F = ma. بالنسبة للحركة المستقيمة المسرعة بشكل منتظم ، تكون الصيغة صالحة:
من هذه الصيغة نعبر عن إزاحة الجسم:
نعوض بالقيم التي تم العثور عليها لـ F و S في صيغة العمل ، ونحصل على:
من الصيغة الأخيرة يمكن ملاحظة أن عمل القوة المؤثرة على الجسم ، عندما تتغير سرعة هذا الجسم ، يساوي الفرق بين قيمتين لكمية معينة. والعمل الميكانيكي هو مقياس لتغير الطاقة. لذلك ، على الجانب الأيمن من الصيغة هو الفرق بين قيمتي الطاقة لجسم معين. أي أن الكمية هي الطاقة الناتجة عن حركة الجسم. هذه الطاقة تسمى الحركية. تم تعيينه Wk.
إذا أخذنا صيغة الشغل التي اشتقناها ، فسنحصل على
الشغل الذي تقوم به قوة عندما تتغير سرعة الجسم يساوي التغير في الطاقة الحركية لهذا الجسم
يوجد ايضا:
الطاقة الكامنة:
في الصيغة التي استخدمناها:
الطاقة الحركية
كتلة الجسم
سرعة الجسم
الطاقة الحركيةالجسم هو مقياس لحركته الميكانيكية ويتم تحديده من خلال العمل الذي يجب القيام به لإحداث حركة معينة للجسم. إذا أثرت القوة F على الجسم في حالة الراحة وتسببت في تحركه بسرعة v ، فعندئذٍ تعمل ، وتزداد طاقة الجسم المتحرك بمقدار العمل المنفق. وهكذا ، فإن عمل القوة F على المسار الذي هيئةمرت خلال زيادة السرعة من 0 إلى v ، يذهب لزيادة الطاقة الحركية للجسم ، أي dA = dT .
استخدام التدوين القياسي لقانون نيوتن الثاني F = mdv / dt وضرب طرفي المعادلة في الإزاحة سنحن نحصل
لان 
و 
وهكذا ، لجسم كتلة رتتحرك بسرعة الخامس،الطاقة الحركية
من الصيغة (12.1) يمكن ملاحظة أن الطاقة الحركية تعتمد فقط على كتلة الجسم وسرعته ، أي أن الطاقة الحركية للنظام هي وظيفة لحالة حركته.
عند اشتقاق الصيغة (12.1) ، كان من المفترض أن يتم النظر في الحركة في إطار مرجعي بالقصور الذاتي ، لأنه بخلاف ذلك سيكون من المستحيل استخدام قانون نيوتن. في أطر مرجعية مختلفة بالقصور الذاتي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض ، فإن سرعة الجسم ، وبالتالي طاقته الحركية ستكون مختلفة. وبالتالي ، فإن الطاقة الحركية تعتمد على اختيار الإطار المرجعي.
الطاقة الكامنة- جزء من الطاقة الميكانيكية الكلية للنظام ، يحدده الترتيب المتبادل للأجسام وطبيعة قوى التفاعل بينها.
دع تفاعل الأجسام يتم عن طريق مجالات القوة (على سبيل المثال ، مجالات القوى المرنة ، مجالات قوى الجاذبية) ، والتي تتميز بحقيقة أن العمل الذي تقوم به القوى المؤثرة عند تحريك الجسم من واحد
الموقف إلى آخر ، لا يعتمد على المسار الذي حدثت فيه هذه الحركة ، ولكنه يعتمد فقط على المواقف الأولية والنهائية. تسمى هذه المجالات بالاحتمالية ، وتسمى القوى التي تعمل فيها بالمحافظة. إذا كان الشغل الذي تقوم به القوة يعتمد على مسار الجسم من نقطة إلى أخرى ، فإن هذه القوى تسمى مشتتة ؛ قوى الاحتكاك مثال على ذلك.
الجسم ، كونه في مجال قوى محتمل ، لديه طاقة كامنة P ، والتي يتم تحديدها حتى بعض الثابت التعسفي. هذا ، مع ذلك ، لا يؤثر على القوانين الفيزيائية ، لأنها تشمل إما الاختلاف في الطاقات المحتملة في موقعين من الجسم ، أو مشتق P فيما يتعلق بالإحداثيات. لذلك ، تعتبر الطاقة الكامنة لموضع معين من الجسم مساوية للصفر (يتم اختيار المستوى المرجعي الصفري) ، ويتم حساب طاقة المواضع الأخرى بالنسبة إلى مستوى الصفر.
عادة ما يتم تحديد الطاقة الكامنة للجسم من خلال العمل الذي يمكن أن تقوم به القوى الخارجية المؤثرة عليه ، والتغلب على قوى التفاعل المحافظة ، ونقلها من الحالة النهائية ، حيث الطاقة الكامنة هي صفر ، إلى موضع معين. عمل القوى المحافظة المطبقة على الجسم يساوي التغيير في الطاقة الكامنة لهذا الجسم ، مع الإشارة المعاكسة ، أي
لأن العمل يتم على حساب الطاقة الكامنة.
منذ العمل دهو الناتج القياسي للقوة F والإزاحة dr ، ثم يمكن كتابة التعبير (12.2) كـ
وبالتالي ، إذا كانت الوظيفة P (r) معروفة ، فإن (12.3) تحدد تمامًا القوة F في القيمة المطلقة والاتجاه. للقوى المحافظة
أو في شكل ناقل
حيث يشير الرمز grad П إلى المجموع
(12.5)
حيث i ، j ، k هي متجهات الوحدة لمحاور الإحداثيات. يسمى المتجه المعرّف بالتعبير (12.5) بالتدرج اللوني P.
(12.6)
يعتمد الشكل المحدد للدالة P على طبيعة مجال القوة. على سبيل المثال ، الطاقة الكامنة لجسم كتلته م ترتفع إلى ارتفاع حفوق سطح الأرض
, (12.7)
أين ح-الارتفاع المقاس من مستوى الصفر ، حيث يكون P 0 = 0. يتبع التعبير (12.7) مباشرة من حقيقة أن الطاقة الكامنة تساوي عمل الجاذبية: عندما يسقط الجسم من ارتفاع حعلى سطح الأرض.
نظرًا لأنه يتم اختيار الأصل بشكل عشوائي ، يمكن أن يكون للطاقة الكامنة قيمة سلبية (الطاقة الحركية تكون دائمًا إيجابية!). إذا أخذنا صفرًا من الطاقة الكامنة لجسم ملقى على سطح الأرض ، فإن الطاقة الكامنة لجسم يقع في قاع العثماني (العمق) ح ") ،
تسمى الطاقة الحركية للجسم بالكمية الفيزيائية ، والتي تساوي نصف حاصل ضرب كتلة الجسم ومربع سرعتها. هذه هي طاقة الحركة ، وهي مكافئة للشغل الذي يجب أن تقوم به القوة المؤثرة على الجسم في حالة السكون لإخباره بسرعة معينة. بعد الاصطدام ، يمكن تحويل الطاقة الحركية إلى شكل آخر من أشكال الطاقة ، مثل الصوت أو الضوء أو الحرارة.
العبارة ، التي تسمى نظرية الطاقة الحركية ، تقول أن تغييرها هو عمل القوة الناتجة المطبقة على الجسم. هذه النظرية صحيحة دائمًا ، حتى لو كان الجسم يتحرك تحت تأثير قوة متغيرة باستمرار ، واتجاهه لا يتطابق مع اتجاه حركته.
لا يتم تحديد الطاقة الكامنة بالسرعة ، ولكن من خلال الموقع المتبادل للأجسام ، على سبيل المثال ، بالنسبة إلى الأرض. يمكن تقديم هذا المفهوم فقط لتلك القوى التي لا يعتمد عملها على مسار الجسم ، ولكن يتم تحديده فقط من خلال مواقعه الأولية والنهائية. تسمى هذه القوى بالمحافظة ، ويكون عملها صفراً إذا تحرك الجسم على طول مسار مغلق.
إن قوة الجاذبية وقوة المرونة متحفظان ؛ بالنسبة لهم ، يمكن إدخال مفهوم الطاقة الكامنة. ليست الطاقة الكامنة نفسها هي التي لها معنى فيزيائي ، ولكن تتغير عندما ينتقل الجسم من موضع إلى آخر.
إن التغير في الطاقة الكامنة لجسم في مجال الجاذبية ، المأخوذ بإشارة معاكسة ، يساوي الشغل الذي تقوم به القوة لتحريك الجسم. في حالة التشوه المرن ، تعتمد الطاقة الكامنة على تفاعل أجزاء الجسم مع بعضها البعض. بامتلاكه احتياطيًا معينًا من الطاقة الكامنة ، يمكن للزنبرك المضغوط أو الممتد أن يحرك الجسم المرتبط به ، أي ينقل إليه الطاقة الحركية.
بالإضافة إلى قوى المرونة والجاذبية ، تمتلك أنواعًا أخرى من القوى خاصية المحافظة ، على سبيل المثال ، قوة التفاعل الكهروستاتيكي للأجسام المشحونة. بالنسبة لقوة الاحتكاك ، لا يمكن إدخال مفهوم الطاقة الكامنة ؛ سيعتمد عملها على المسافة المقطوعة.
تدل على "العمل". يمكنك استدعاء شخص مفعم بالحيوية يتحرك ويبتكر عملاً معينًا ويستطيع أن يبدع ويتصرف. كما أن الآلات التي صنعها الإنسان والحيوان والطبيعة لديها طاقة. لكن هذا في الحياة الواقعية. بالإضافة إلى ذلك ، هناك نوع صارم حدد وخصص أنواعًا عديدة من الطاقة - كهربائية ، مغناطيسية ، ذرية ، إلخ. ومع ذلك ، سنتحدث الآن عن الطاقة الكامنة ، والتي لا يمكن اعتبارها بمعزل عن الطاقة الحركية.
هذه الطاقة ، وفقًا لمفاهيم الميكانيكا ، تمتلكها جميع الهيئات التي تتفاعل مع بعضها البعض. و في هذه القضيةيتعلق الأمر بحركة الجثث.
A = Fs = Ft * h = mgh ، أو Ep = mgh ، حيث:
EP - الطاقة الكامنة للجسم ،
م - وزن الجسم ،
ح هو ارتفاع الجسم فوق الأرض ،
g هي تسارع السقوط الحر.
هناك نوعان من الطاقة الكامنة:
1. الطاقة في الترتيب المتبادل للهيئات. يمتلك الحجر المعلق هذه الطاقة. ومن المثير للاهتمام أن الحطب العادي أو الفحم لهما أيضًا طاقة محتملة. تحتوي على كربون غير مؤكسد يمكن أن يتأكسد. ببساطة ، يمكن للخشب المحروق أن يسخن الماء.
2. طاقة التشوه المرن. مثال هنا هو عاصبة مرنة ، زنبرك مضغوط ، أو نظام رباط عضلي عظمي.
الطاقة الكامنة والحركية مترابطة. يمكن أن ينتقلوا إلى بعضهم البعض. على سبيل المثال ، إذا كان الحجر صاعدًا ، فعند الحركة ، يكون له أولاً طاقة حركية. عندما تصل إلى نقطة معينة ، فإنها تتجمد للحظة وتكتسب طاقة كامنة ، ثم تسحبها الجاذبية للأسفل وتعاود الطاقة الحركية الظهور.
لتحريك أي جسم ، فإن الشرط الأساسي هو عمل. في نفس الوقت ، هناك حاجة لبعض الطاقة لأداء هذا العمل.
تميز الطاقة الجسم من حيث قدرته على القيام بالعمل. وحدة الطاقة هي جول، يختصر [J].
تعادل الطاقة الإجمالية لأي نظام ميكانيكي القيمة الإجمالية للطاقة الكامنة والحركية. لذلك ، من المعتاد تحديد الطاقة الكامنة والحركية كأصناف مختلفة من الطاقة الميكانيكية.
إذا كنا نتحدث عن الأنظمة الميكانيكية الحيوية ، فإن الطاقة الإجمالية لهذه الأنظمة تتكون بالإضافة إلى ذلك من الحرارة والطاقة من عمليات التمثيل الغذائي.
في أنظمة الأجسام المعزولة ، عندما تؤثر عليها الجاذبية والمرونة فقط ، فإن قيمة الطاقة الإجمالية لا تتغير. هذا البيان هو قانون الحفاظ على الطاقة.
ما هو النوع الأول والنوع الآخر من الطاقة الميكانيكية؟
الطاقة الكامنة هي الطاقة التي يحددها الموقف المتبادل للأجسام ، أو مكونات هذه الأجسام ، التي تتفاعل مع بعضها البعض. بمعنى آخر ، يتم تحديد هذه الطاقة المسافة بين الجثث.
على سبيل المثال ، عندما يسقط الجسم وتحرك الأجسام المحيطة على طول مسار السقوط ، تقوم الجاذبية بعمل إيجابي. وعلى العكس من ذلك ، في حالة رفع الجسد ، يمكننا التحدث عن إنتاج عمل سلبي.
لذلك ، فإن كل جسم على مسافة معينة من سطح الأرض لديه طاقة كامنة. كلما زاد ارتفاع الجسم وكتلته ، زادت قيمة العمل الذي يقوم به الجسم. في نفس الوقت ، في المثال الأول ، عندما يسقط الجسم ، ستكون الطاقة الكامنة سالبة ، وعندما ترتفع ، تكون الطاقة الكامنة موجبة.
هذا ما يفسره مساواة عمل الجاذبية في القيمة ، ولكن العكس هو علامة على التغيير في الطاقة الكامنة.
أيضًا مثال على ظهور طاقة التفاعل يمكن أن يكون كائنًا عرضة للتشوه المرن - ربيع مضغوط: عند تقويمها ، سيتم تنفيذ عمل القوة المرنة عليها. نحن هنا نتحدث عن أداء العمل نتيجة تغير موقع مكونات الجسم بالنسبة لبعضها البعض أثناء التشوه المرن.
بتلخيص المعلومات ، نلاحظ أن كل جسم يتأثر بالجاذبية أو القوة المرنة سيكون له طاقة فرق جهد.
الحركية هي الطاقة التي تبدأ الأجسام في امتلاكها نتيجة لها عملية الحركة. بناءً على ذلك ، فإن الطاقة الحركية للأجسام في حالة الراحة تساوي صفرًا.
قيمة هذه الطاقة تعادل مقدار العمل الذي يجب القيام به لإخراج الجسم من الراحة وتحريكه. بمعنى آخر ، يمكن التعبير عن الطاقة الحركية على أنها الفرق بين الطاقة الكلية وطاقة الراحة.
إن عمل الحركة الانتقالية التي ينتجها الجسم المتحرك يعتمد بشكل مباشر على الكتلة والسرعة التربيعية. يعتمد عمل الحركة الدورانية على لحظة القصور الذاتي ومربع السرعة الزاوية.
تشمل الطاقة الإجمالية للأجسام المتحركة نوعي الأعمال المنجزة ، ويتم تحديدها وفقًا للتعبير التالي:. الخصائص الرئيسية للطاقة الحركية:
جميع الأشياء التي يتم رفعها ووضعها على مسافة ما من سطح الأرض في حالة ثابتة قادرة على امتلاك الطاقة الكامنة. كمثال ، هذا بلاطة خرسانية مرفوعة بواسطة رافعة، وهو في حالة ثابتة ، نبع جاهز.
المركبات المتحركة لها طاقة حركية ، وكذلك ، بشكل عام ، أي جسم متدحرج.
في الوقت نفسه ، في الطبيعة ، وفي القضايا اليومية وفي التكنولوجيا ، يمكن للطاقة الكامنة أن تتحول إلى طاقة حركية ، وطاقة حركية ، على العكس من ذلك ، إلى طاقة كامنة.
كرة، التي يتم رميها من نقطة معينة على ارتفاع: في الوضع الأعلى ، تكون الطاقة الكامنة للكرة هي القصوى ، وقيمة الطاقة الحركية هي صفر ، لأن الكرة لا تتحرك وهي في حالة سكون. مع انخفاض الارتفاع ، تقل الطاقة الكامنة تدريجياً وفقًا لذلك. عندما تصل الكرة إلى سطح الأرض ، سوف تتدحرج ؛ في لحظة معينة ، تزداد الطاقة الحركية ، وتكون الطاقة الكامنة مساوية للصفر.
