حاسبة الطاقة الحركية

تساعدك حاسبة الطاقة الحركية على تحديد المتغير المفقود في معادلة الطاقة الحركية باستخدام متغيرين معروفين. تستخدم معادلة الطاقة الحركيةKE = 1/2 mv²، حيث KE هي الطاقة الحركية، و m كتلة الجسم، و v هي سرعة الجسم.

لحسابها، يجب عليك تحديد المتغيرات التي تعرفها وأيها غير معروف. على سبيل المثال، أنت تعرف كتلة الجسم وسرعته. يمكنك إدخال هذه القيم في حاسبة الطاقة الحركية، وسوف تحسب المتغير المجهول، الطاقة الحركية بتطبيق معادلة الطاقة الحركية.

تستخدم حاسبة الطاقة الوحدات مثل الجول، والميجا جول، والوحدات الحرارية البريطانية (BTU)، والسعرات الحرارية للطاقة الحركية، والكيلوجرام، والغرامات، والأوقية، والجنيه للكتلة، والمتر في الثانية، والكيلومترات في الساعة، والقدم في الثانية، والأميال في الساعة للسرعة.

يمكنك استخدام أي من هذه الوحدات وستقوم حاسبة معادلة الطاقة الحركية بإعادة حساب الوحدات. هذا يجعل حاسبة الطاقة الحركية KE مفيدة في أي حساب دولي ويسمح باستخدامها في مجالات الفيزياء والهندسة وغيرها من المجالات المتعلقة بالفيزياء.

فهم الطاقة الحركية

هل تساءلت يومًا ما الذي يجعل الأشياء تتحرك؟ كيف تطير لعبة البيسبول في الهواء أو كيف تندفع سيارة على الطريق؟ تكمن الإجابة في مفهوم يُعرف بالطاقة الحركية. إنها واحدة من أكثر مبادئ الفيزياء روعة وأهمية.

الطاقة الحركية هي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته. يُعرَّف بأنه العمل المطلوب لتسريع جسم من كتلة معينة من السكون إلى سرعته الحالية، ويتناسب مع كتلة الجسم ومربع سرعته. بمعنى آخر، كلما تحرك الجسم بشكل أسرع، زادت طاقته الحركية. أو على العكس من ذلك، فإن الطاقة الحركية هي العمل المطلوب لإيقاف الجسم.

تم تقديم مفهوم الطاقة الحركية لأول مرة إلى العلم من قبل عالم الرياضيات والفيزيائي الفرنسي غاسبارد-غوستاف دي كوريوليس في عشرينيات القرن التاسع عشر، ولكن تم تعميمه لاحقًا من قبل المهندس والفيزيائي الاسكتلندي ويليام رانكين في خمسينيات القرن التاسع عشر.

وتعني كلمة "kineticos" في اليونانية "المتعلقة بالحركة أو المتعلقة بها. وتأتي كلمة" kineticos "من الكلمة اليونانية" kinesis " التي تعني" الحركة ".

تتمثل إحدى السمات الرئيسية للطاقة الحركية في أنها كمية قياسية، أي أن لها حجمًا فقط وليس اتجاهًا. وهذا ما يميزها عن غيرها من أشكال الطاقة، مثل الطاقة الكامنة على سبيل المثال، وهي كمية متجهة لها حجم واتجاه.

تعتمد كمية الطاقة الحركية على كتلة الجسم م (كجم) والسرعة v (م / ث). تُقاس الطاقة الحركية بالجول (J) أو وحدات أخرى مثل الكيلوجول (KJ)، الميجاجول (MJ)، إلخ.

يمكن حساب الطاقة الحركية للأجسام من أي حجم، من الجسيمات الصغيرة إلى الكواكب الضخمة. يمكن أن تكون الطاقة الحركية لجسم ما كبيرة جدًا بحيث يصعب قياسها بالوحدات القياسية، وغالبًا ما يستخدم العلماء وحدات بديلة مثل electronvolts (eV) أو gigaelectronvolts (GeV) لوصف الطاقة الحركية للجسيمات دون الذرية.

معادلة حساب الطاقة الحركية هي:

KE = 1/2 mv²

حيث m كتلة الجسم و v سرعته.

الجسم ذو الكتلة الأكبر لديه طاقة حركية أكبر. الجسم الأكثر ضخامة سيكون له طاقة حركية أكبر من الجسم الأقل كتلة يتحرك بنفس السرعة.

ومع ذلك، فإن سرعة الجسم تغير الطاقة الحركية بشكل أسرع. إذا تم مضاعفة السرعة، فإن الطاقة الحركية سوف تتضاعف أربع مرات. ستؤدي مضاعفة السرعة إلى زيادة الطاقة الحركية بمقدار ثلاثة أضعاف إلى تسعة أضعاف. وأربعة أضعاف السرعة ستزيد الطاقة الحركية بمعامل ستة عشر.

هذا هو السبب في أن رصاصة صغيرة تطلق من بندقية، وتطير بسرعة كبيرة، يمكن أن تخترق الجسم بعمق. يمكن أن يتسبب الطائر الموجود في الهواء في إتلاف طائرة ضخمة بسبب الطاقة الحركية المستمدة من الكتلة ومربع السرعة.

يمكن تحويل الطاقة الحركية إلى أشكال أخرى من الطاقة، مثل الطاقة الحرارية أو الطاقة الكامنة. على سبيل المثال، عندما يتم إيقاف جسم ما، يتم تحويل طاقته الحركية إلى طاقة حرارية.

تطبيقات الطاقة الحركية

نحن نستخدم الطاقة الحركية في العديد من المجالات المختلفة. على سبيل المثال، في الميكانيكا، تُستخدم الطاقة الحركية لحساب الطاقة الحركية لآلة متحركة وتصميم الآلات. في هندسة السيارات، يتم إجراء حسابات الطاقة الحركية لتحديد كمية الطاقة المطلوبة لقيادة السيارة بسرعة معينة. باستخدام هذه المعلومات، ينشئ المهندسون سيارات يمكنها تحمل قوة الاصطدام.

في الهندسة الكهربائية، تُستخدم الطاقة الحركية لحساب الطاقة الحركية للإلكترونات والتنبؤ بسلوك الدوائر الكهربائية.

في هندسة الطيران، تُستخدم الطاقة الحركية لحساب الطاقة الحركية للطائرات وتصميم الطائرات. يجب أن تتحمل هذه الطائرات قوة الحركة أثناء الطيران.

تُستخدم معرفة الطاقة الحركية لحساب الطاقة الحركية للقذائف. يمكن أن يكون هذا مفيدًا في المقذوفات للتنبؤ بمسار ومدى المقذوف، مثل الرصاصة أو الصاروخ.

في الرياضة، يمكننا حساب الطاقة الحركية لحساب طاقة جسم متحرك، مثل الكرة. يمكن أن تساعد هذه المعرفة في تحسين المعدات الرياضية - الكرة أو مضرب التنس أو مضرب الجولف.

تُستخدم حسابات الطاقة الحركية في طاقة الرياح والطاقة الكهرومائية. تساعد هذه المعلومات في تصميم توربينات الرياح والمياه التي يمكنها تحويل طاقة الرياح والماء إلى كهرباء بكفاءة.

أمثلة على معادلة الطاقة الحركية

على سبيل المثال، لنحسب الطاقة الحركية لسيارة متحركة.

مثال 1

سيارة تسافر 60 ميلاً في الساعة وتبلغ كتلتها 2000 كجم. لحساب الطاقة الحركية للسيارة، يمكننا استخدام المعادلة KE = 1/2 mv² أولًا، علينا تحويل الأميال في الساعة إلى أمتار في الثانية.

60 mi/h = 60 × 0.44704 = 26.8224 m/s

عن طريق استبدال القيم، نحصل على

KE = 0.5 × 2000 × 26.8224² = 1000 × 719.44114176 = 719441.14176 J

الطاقة الحركية للسيارة في مثالنا هي 719,441 جول.

من خلال فهم الطاقة الحركية، يمكن للمهندسين تصميم مركبات يمكنها تحمل قوى الحركة بشكل أفضل. يمكن استخدام الطاقة الحركية للسيارة لتحديد القوى التي ستؤثر على السيارة أثناء وقوع حادث.

يمكن للمهندسين استخدام هذه المعلومات لتصميم إطار السيارة وأنظمة السلامة، مثل الوسائد الهوائية ومناطق الانهيار، لتبديد هذه الطاقة في حالة الاصطدام، مما يقلل من خطر إصابة الركاب. يمكن أيضًا استخدام هذه المعلومات لإنشاء أنظمة أمان نشطة، مثل الفرملة التلقائية في حالات الطوارئ، والتي يمكن أن تساعد في تقليل احتمالية حدوث تصادم والطاقة اللازمة للتسبب فيه.

مثال 2

يمكننا أيضًا استخدام حسابات هذه الآلة الحاسبة لحساب الطاقة الحركية للكرة عند تحسين تصميم المعدات الرياضية والتنبؤ بسلوكها أثناء الحركة.

على سبيل المثال، كرة كتلتها 0.15 كجم وتتحرك بسرعة 20 م / ث. لحساب الطاقة الحركية للكرة، يمكننا استخدام المعادلة: KE = 1/2 mv² استبدال القيم، نحصل عليها

KE = 0.5 × 0.15 × 20² = 0.5 × 0.15 × 400 = 30 J

يمكن استخدام الطاقة الحركية للكرة المتحركة لتحديد القوى التي ستؤثر على المعدات أثناء الاصطدام. من خلال فهم الطاقة الحركية، يمكن للمهندسين تحسين تصميم المعدات الرياضية مثل مضارب التنس ومضارب البيسبول ونوادي الجولف حتى يتمكنوا من تحمل قوى التأثير بشكل أفضل وتحقيق أداء أفضل.

باستخدام كرة التنس، من خلال معرفة الطاقة الحركية للكرة، يمكن للمهندسين تحسين قوة المضرب. عند العمل باستخدام كرة الجولف، سيصمم صانعو مضارب الجولف مضربًا يعطي نطاق تأثير أفضل.

الخلاصة

حاسبة الطاقة الحركية هي أداة قوية يمكن أن تساعدنا في فهم مبادئ الطاقة الحركية وكيفية ارتباطها بحركة الأجسام. يمكن استخدامه للتنبؤ بسلوك الأجسام المتحركة وتصميم الآلات والهياكل التي يمكنها تحمل قوى الحركة.

إذا كنت طالبًا فيزياء أو مهندسًا يعمل في مشروع ما أو مهتمًا فقط بخصائص الطاقة الحركية، يمكن للآلة الحاسبة أن تعطيك معلومات مفيدة وتساعدك على فهم الأفكار الكامنة وراءها بشكل أفضل.