العلاقة بين الشغل المبذول والتغير في الطاقة
يطرح العديد من الطلاب سؤالاً يشرح العلاقة بين العمل المنجز والتغيير في الطاقة، لذلك نأتي إليكم للإجابة على هذا السؤال الذي يدور في أذهان العديد من الطلاب والطالبات. كل ما عليك فعله هو اتباع النقاط التالية:
- الإجابة على هذا السؤال هي: العمل المنجز يساوي (=) التغيير في الطاقة الحركية.
- حيث أن الطاقة هي قدرة الشيء وقدرته على أداء العمل الموكول إليه.
- وحدة قياس الطاقة هي كيلووات.
- للطاقة عدة أنواع مختلفة وهي كالآتي:
- طاقة الصوت: هذا النوع من الطاقة ينبعث من اهتزاز الأجسام.
- الطاقة المغناطيسية: بينما توجد الطاقة المغناطيسية في المغناطيسات الكهربائية.
- الطاقة الكهربائية: نجد هذا النوع من الطاقة في الشحنات المتحركة.
- الطاقة المرنة: هذا النوع هو الطاقة المخزنة في الأشياء الممتدة.
- طاقة الجاذبية: هي الطاقة المخزنة في أجسام مرنة.
- لذلك نجد أن وجود الطاقة ضروري لبذل أي جهد وأداء المهام الموكلة إليها.
عمل قانون
العمل المنجز يعتمد على التأثير على الجسم وحركته، وقانون العمل المنجز هو كالتالي:
- العمل ويرمز له بالحرف (w) = القوة والرمز (f) x المسافة والرمز (d).
- نستنتج أن الشغل يتناسب طرديًا مع المسافة والقوة.
- العمل هو كمية قياسية وليس له اتجاه.
- بينما وحدة قياس الشغل هي الجول، ويرمز لها بالحرف (J).
تعريف الطاقة الكامنة
- الطاقة الكامنة هي الطاقة المخزنة داخل الأشياء والتي تعتمد على الوضع النسبي للجسم مقارنة ببقية الكائنات في هذا النظام.
- نجد أن الزنبرك لديه طاقة كامنة كبيرة إذا تم ضغطه أو تمديده.
- نجد أن الكرة الفولاذية لديها طاقة وضع أكبر على ارتفاعات أعلى على سطح الأرض.
- لذلك، فإن الطاقة الكامنة هي خاصية للنظام بأكمله وليس للأجسام بشكل فردي.
تعتمد الطاقة الكامنة على عاملين:
تعتمد الطاقة الكامنة على عاملين رئيسيين سنتعرف عليهما الآن:
- أولاً: كتلة الجسم: حيث نجد أن الطاقة الكامنة تزداد لأي جسم مع زيادة الكتلة.
- ثانياً: الطول: تزداد الطاقة الكامنة لأي جسم مع زيادة الطول.
قانون الطاقة المحتملة
سنقدم لكم الآن قانون بطاقة الحالة، وهو كالتالي:
- إذا تم رفع كتلة الجسم بمسافة معينة من الأرض، يكون القانون كما يلي:
- الطاقة الكامنة تساوي (=) ضرب الكتلة (×) ضرب ارتفاع الجسم (×) تسارع الجاذبية.
- لكن بالنسبة للربيع، يتم تحديد الطاقة الكامنة بموجب قانون هوك، وهذا القانون على النحو التالي:
- الطاقة الكامنة تساوي (=) عدد مرات ثابت الزنبرك (×) مقدار التمدد أو الانضغاط.
قانون الطاقة الحركية
أجرى العلماء العديد من العلاقات والتجارب الرياضية حتى وصلوا إلى قانون الطاقة الحركية وهو كالتالي:
- الطاقة الحركية تساوي (=) نصف (0.5) مرة (×) مضروبة في الكتلة (×) مربع سرعة الجسم.
أنواع الطاقة الحركية
الطاقة الحركية نوعان:
- الطاقة الحركية الخطية مثل حركة السيارات، والطاقة الحركية الدورانية تشبه حركة البُبل.
- تتولد الطاقة الحركية الخطية عن طريق تحريك الجسم لمسافة. نلاحظ أن ذلك يعتمد على حركة الجسم.
- بينما تعتمد الطاقة الحركية الدورانية على السرعة الزاوية للجسم، لذا فهي لا تتعلق بكتلة الجسم فقط، بل تتعلق بتوزيع هذه الكتلة.
- نلاحظ في كثير من الأحيان أن الجسم يمتلك طاقة حركية خطية وطاقة حركية دورانية في نفس الوقت.
- نلاحظ أن الطاقة تتحول من نوع إلى آخر. على سبيل المثال، يحول الدراج في جسمه الطاقة الكيميائية الناتجة عن حرق الطعام الذي يتم الحصول عليه من خلال تناول الطعام، وتتحول إلى طاقة حركية نتيجة الشغل المبذول في تحريك العجلة.
العلاقة بين العمل والطاقة
يتساءل الكثير من الناس ما إذا كانت هناك علاقة بين العمل والطاقة أم لا؟ لذا جئنا إليكم الآن حتى نتمكن من الإجابة على هذا السؤال بشكل صحيح وصحيح:
- العمل والطاقة والقوة من أهم أسس الفيزياء، حيث يتم استخدامها في العديد من التطبيقات في مختلف المجالات مثل التكنولوجيا والصناعة وغيرها.
- نظرًا لتنوع مصادر الطاقة، يمكن تحويلها من طاقة إلى أخرى لاستخدامها في مختلف جوانب الحياة.
- لا يمكن الحصول على قوة الجسم دون وجود الطاقة.
- نظرًا لأن الطاقة والفيزياء هما مفاهيم الفيزياء التي يمكن للأجسام من خلالها القيام بعمل، نجد أن هناك علاقة قوية بين العمل والطاقة والقوة.
أشكال وأنواع الطاقة
للطاقة أنواع عديدة، سنتعرف عليها الآن من خلال النقاط التالية:
الطاقة الكيميائية
- إنه شكل من أشكال الطاقة التي يتم إنتاجها من خلال التفاعلات الكيميائية.
- ينتج هذا النوع من الطاقة عن طريق احتراق خشب الكربون بالأكسجين.
- يقدر قانون هيس الطاقة الكيميائية، وإلى جانب إنتاجها عن طريق الاحتراق الداخلي للطائرة، يتم تحويلها تلقائيًا إلى طاقة ميكانيكية.
الطاقة الميكانيكية
- ينتج هذا النوع من الطاقة عن حركة وحركة الأشياء من مكان إلى آخر.
- يتم إنتاجها من خلال نقل حركة الأجسام من الطاقة الكامنة إلى الطاقة الحركية.
- تظهر عند استخدام المروحة الكهربائية، وعندما تتحرك الرياح، وأثناء ظاهرة المد والجزر.
- يقاس بالجول.
طاقة حرارية
- تعد الطاقة الحرارية من أقدم أشكال الطاقة، تنتقل بالحمل الحراري أو الإشعاع أو التوصيل.
- كما أنه ينتقل من الجسم الساخن إلى الجسم البارد.
- تستخدم الطاقة الحرارية أيضًا في المحركات البخارية والمحركات والصواريخ.
- عندما تعمل السيارة، يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية، أثناء تشغيل محطات الطاقة المختلفة، يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية.
- خلال القرن التاسع عشر، كانت الطاقة الحرارية تسمى الديناميكا الحرارية.
- يقاس بالجول أو السعرات الحرارية.
كهرباء
- إنها شكل من أشكال الطاقة توجد بشكل أساسي وطبيعي في الطبيعة.
- يمكن الحصول عليها عن طريق الاحتكاك والبرق، أو عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية مثل البطاريات.
- يستخدم هذا النوع من الطاقة في العديد من مجالات الحياة، مثل التدفئة والأجهزة الكهربائية المنزلية.
طاقة شمسية
- إنه شكل من أشكال الطاقة ضروري في حياة الإنسان.
- مصدرها الرئيسي هو الشمس، فهي تعتبر نوعًا قديمًا من الطاقة كان الإنسان يستخدمها لممارسة الأنشطة المختلفة.
- يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى العديد من الأشكال المختلفة. يمكن تحويلها من الطاقة الكهربائية أو الطاقة الكهروضوئية من خلال استخدام الألواح الكهروضوئية.
- وقد صنفه العلماء إلى قسمين، بعضهما طاقة سلبية، وأخرى طاقة إيجابية، وهذا حسب طريقة استخدامها.
الطاقة النووية
- تصنف الطاقة النووية على أنها أخطر أشكال الطاقة.
- هذا لأنه يستخدم مباشرة للتحكم في تفاعلات واندماج النوى الذرية.
- كما أنها تستخدم في محطات الطاقة النووية.
- وبحسب الإحصائيات التي تم إجراؤها في عام 2009، فإنها تستخدم في تكوين الكهرباء بنسبة 14٪، وفي الوقت الحالي نجد أنها تعمل بنحو 150 غواصة أو أكثر.