مقدمة حول طبيعة الطاقة
في عالم الفيزياء، تُعتبر الطاقة مفهومًا أساسيًا يصف القدرة على القيام بعمل. تتجلى الطاقة بصور مختلفة، منها الطاقة الحركية والطاقة الكامنة. العلاقة بين هاتين الطاقتين وثيقة، حيث يمكن أن تتحول إحداهما إلى الأخرى في الأنظمة الفيزيائية المختلفة. على سبيل المثال، عندما تسقط تفاحة من شجرة، تتحول الطاقة الكامنة التي كانت تمتلكها التفاحة بسبب ارتفاعها إلى طاقة حركية أثناء سقوطها.
التفاعل بين الطاقة الحركية والكامنة يحافظ على الطاقة الميكانيكية الكلية للنظام، وتبقى ثابتة في الأنظمة التي تعتمد على الجاذبية. هذا يعني أن مجموع الطاقة الكامنة والطاقة الحركية يظل قيمة ثابتة، على الرغم من تغير توزيع الطاقة بين هاتين الصورتين. لنستكشف الآن تعريفًا أكثر تفصيلاً لكل من الطاقة الحركية والكامنة.
ماهية الطاقة الحركية
الطاقة الحركية (بالإنجليزية: Kinetic energy) هي الطاقة التي يمتلكها الجسم نتيجة حركته. يمكن التعبير عنها كمياً بالعوامل التالية:
- كتلة الجسم (Mass): ويرمز لها بالرمز (m)، وهي مقياس لممانعة الجسم لتغيير حالته الحركية.
- سرعة الجسم (Velocity): ويرمز لها بالرمز (v)، وهي معدل تغير موقع الجسم مع مرور الوقت.
لحساب الطاقة الحركية لجسم متحرك، نستخدم المعادلة التالية:
K = 0.5 mv2
حيث:
- K تمثل الطاقة الحركية.
- m تمثل كتلة الجسم.
- v تمثل سرعة الجسم.
الطاقة الحركية قابلة للتحول إلى أشكال أخرى من الطاقة، مثل الطاقة الحرارية الناتجة عن الاحتكاك، أو الطاقة الصوتية الناتجة عن اهتزاز الأجسام، أو الطاقة الضوئية الناتجة عن تسارع الجسيمات المشحونة.
ماهية الطاقة الكامنة
الطاقة الكامنة (بالإنجليزية: Potential energy) هي الطاقة المخزنة في الجسم نتيجة وضعه أو حالته. تعتبر الطاقة الكامنة خاصية للنظام بأكمله وليست مجرد خاصية لجسم واحد. على سبيل المثال، الكرة الموجودة على ارتفاع معين تمتلك طاقة كامنة جاذبية نتيجة لقربها من الأرض وقوة الجاذبية المؤثرة عليها.
توجد أنواع مختلفة من الطاقة الكامنة، بما في ذلك:
- الطاقة الكامنة الكهربائية: تتولد نتيجة لتفاعل الشحنات الكهربائية.
- الطاقة الكامنة الكيميائية: تتولد نتيجة للروابط الكيميائية بين الذرات والجزيئات.
- الطاقة الكامنة النووية: تتولد نتيجة للقوى النووية داخل نواة الذرة.
يمكن تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية، كما يحدث في السدود الكهرومائية. عندما يتدفق الماء من السد، تتحول الطاقة الكامنة في الماء إلى طاقة حركية تدير التوربينات، والتي بدورها تولد الطاقة الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، جزء من الطاقة يتحول إلى طاقة حرارية نتيجة للاحتكاك بين الماء والتوربينات.
