تعريف الطاقة الميكانيكية وانواعها

تعريف الطاقة

في الفيزياء، القدرة على القيام بالعمل، قد يكون موجودًا في أشكال مختلفة محتملة أو حركية أو حرارية أو كهربائية أو كيميائية أو نووية أو غيرها من الأشكال المختلفة، يتم تحديد الطاقة دائمًا وفقًا لطبيعتها، ومن ثم قد تصبح الحرارة المنقولة طاقة حرارية، بينما قد يتجلى العمل المنجز في شكل طاقة ميكانيكية.

أشكال الطاقة وتحولاتها

جميع أشكال الطاقة مرتبطة بالحركة على سبيل المثال، يمتلك أي جسم طاقة حركية إذا كان في حالة حركة، الجهاز المشدود مثل القوس أو الزنبرك، وإن كان في حالة راحة، لديه القدرة على خلق الحركة؛ يحتوي على الطاقة الكامنة بسبب تكوينه وبالمثل، فإن الطاقة النووية هي طاقة كامنة لأنها تنتج عن تكوين الجسيمات دون الذرية في نواة الذرة.

لا يمكن إنشاء الطاقة أو تدميرها، بل يمكن تغييرها فقط من شكل إلى آخر، يُعرف هذا المبدأ باسم حفظ الطاقة أو القانون الأول للديناميكا الحرارية، يمكن تحويل الطاقة من شكل إلى آخر بعدة طرق أخرى، يتم إنتاج الطاقة الميكانيكية أو الكهربائية القابلة للاستخدام.

وحدة قياس الطاقة

في النظام الدولي للوحدات (SI)، تُقاس الطاقة بالجول، الجول الواحد يساوي الشغل المبذول بواسطة قوة مقدارها واحد نيوتن تعمل على مسافة متر واحد. [1]

أنواع الطاقة

هناك العديد من

انواع الطاقة

المختلفة، والتي تنقسم جميعها إلى شكلين أساسيين، الحركية والجهد، يمكن أن تتحول الطاقة من نوع إلى آخر، ولكن لا يمكن أبدًا تدميرها أو إنشاؤها.

يمكن تصنيف أنواع الطاقة إلى فئتين، الطاقة الحركية (طاقة الأجسام المتحركة) والطاقة الكامنة (الطاقة المخزنة)، هذان هما الشكلان الأساسيان للطاقة.

تشمل الأنواع المختلفة للطاقة الطاقة الحرارية، والطاقة المشعة، والطاقة الكيميائية، والطاقة النووية، والطاقة الكهربائية، وطاقة الحركة، والطاقة الصوتية، والطاقة المرنة، وطاقة الجاذبية.

[2]

تعريف الطاقة الميكانيكية

الطاقة الميكانيكية، المعروفة أيضًا باسم طاقة الحركة، هي الطريقة التي يتحرك بها الجسم بناءً على موضعه وحركته، يحدث عندما تعمل القوة على جسم ما ويستخدم الجسم الطاقة المنقولة كحركة، إذا كان جسم ما يتحرك، فإنه يستخدم طاقة ميكانيكية.

أنواع الطاقة الميكانيكية

هناك نوعان من الطاقة الميكانيكية: الطاقة الكامنة (الطاقة المخزنة للموقع) والطاقة الحركية (طاقة الحركة)، الأجسام ذات الكميات العالية من الطاقة الميكانيكية ستتحرك أكثر من الأجسام ذات الطاقة الميكانيكية المنخفضة.

الطاقة الميكانيكية الكامنة

عندما يكون الجسم قادرًا على الحركة ولكن ليس لديه قوة تعمل عليه، فإنه يخزن طاقة ميكانيكية كامنة. النوعان الرئيسيان للطاقة الكامنة هما:

• طاقة جهد الجاذبية: الطاقة المخزنة في ارتفاع أو موضع الجسم، تمتلك الأجسام الثقيلة كميات أكبر من طاقة الجاذبية.
• الطاقة الكامنة المرنة: الطاقة التي يتم تخزينها بحكم حالة الكائن، غالبًا ما تعتمد هذه الحالة على مادة الكائن (مثل المطاط).

الطاقة الميكانيكية الحركية

يستخدم الجسم طاقة ميكانيكية حركية عندما يتحرك، يمكن أن تحدث الطاقة الميكانيكية الحركية عندما تنتقل الطاقة الحركية لجسم آخر إليها، أو عندما يتحول نوع آخر من الطاقة الحركية إلى طاقة ميكانيكية.

الطاقة الميكانيكية، تشمل الأنواع الأربعة للطاقة الحركية:

• الطاقة المشعة: الطاقة التي تنتجها موجات الضوء.
• الطاقة الكهربائية: الطاقة التي تنتجها الكهرباء.
• طاقة الصوت: الطاقة التي تنتجها الموجات الصوتية.
• الطاقة الحرارية: الطاقة الناتجة عن الحرارة.

أمثلة على الطاقة الميكانيكية

الطاقة الميكانيكية هي واحدة من أنواع الطاقة الوحيدة التي يسهل رؤيتها، إذا كان هناك شيء يتحرك، فهو يستخدم الطاقة الميكانيكية، من مصادر الطاقة الميكانيكية التي محتمل أن تجدها في المنزل:

• تحول مقبض الباب
• الشهيق والزفير
• دق مسمار
• ركوب الدراجات الهوائية
• شحذ قلم رصاص
• استخدام أجهزة المطبخ
• الكتابة على لوحة المفاتيح

أي جسم يتحرك يستخدم طاقة ميكانيكية حركية، حتى الأشياء التي لا تتحرك تخزن طاقة ميكانيكية محتملة، عندما تحرك شيئًا ما بيدك، فإنك تنقل الطاقة الميكانيكية الحركية من جسمك إلى الجسم الذي تقوم بتحريكه. [3]

قانون بقاء الطاقة الميكانيكية

قانون حفظ الطاقة الميكانيكية: تظل الكمية الإجمالية للطاقة الميكانيكية، في نظام مغلق في حالة عدم وجود قوى تبديد (مثل الاحتكاك ومقاومة الهواء)، ثابتة.

هذا يعني أن الطاقة الكامنة يمكن أن تصبح طاقة حركية، أو العكس، لكن الطاقة لا يمكن أن “تختفي”، على سبيل المثال، في حالة عدم وجود مقاومة للهواء، تظل الطاقة الميكانيكية لجسم يتحرك عبر الهواء في مجال الجاذبية الأرضية ثابتة (محفوظة). [4]

إجمالي الطاقة الميكانيكية

كما ذكرنا، يمكن أن تكون الطاقة الميكانيكية لجسم ما نتيجة حركته (أي الطاقة الحركية) أو نتيجة الطاقة المخزنة للموضع (أي الطاقة الكامنة)، إن المقدار الإجمالي للطاقة الميكانيكية هو مجرد مجموع الطاقة الكامنة والطاقة الحركية، يشار إلى هذا المجموع ببساطة باسم إجمالي الطاقة الميكانيكية (اختصار TME).

TME = PE + KE

هناك نوعان من الطاقة الكامنة التي تمت مناقشتها في مسارنا، طاقة وضع الجاذبية وطاقة الوضع المرنة. بالنظر إلى هذه الحقيقة، يمكن إعادة كتابة المعادلة أعلاه:

TME = PEgrav + PEspring + KE

إجمالي الطاقة الميكانيكية هو مجموع الإمكانات والطاقات الحركية، الطاقة الميكانيكية الكلية هي قيمة ثابتة طوال حركته، هناك ظروف يكون فيها إجمالي الطاقة الميكانيكية قيمة ثابتة وظروف تكون بموجبها قيمة متغيرة، إجمالي كمية الطاقة الميكانيكية هو مجرد مجموع هذين الشكلين من الطاقة.

الطاقة الميكانيكية والقدرة على القيام بالعمل

الكائن الذي يمتلك طاقة ميكانيكية قادر على القيام بعمل، أي أن طاقته الميكانيكية تمكن هذا الجسم من تطبيق قوة على كائن آخر من أجل التسبب في إزاحته.

يمكن إعطاء أمثلة عديدة عن كيف يمكن لجسم به طاقة ميكانيكية تسخير هذه الطاقة من أجل تطبيق قوة لإزاحة جسم آخر، من الأمثلة الكلاسيكية ما يلي:

• كرة التدمير الضخمة لآلة الهدم، كرة التدمير هي جسم ضخم يتأرجح للخلف إلى موضع مرتفع ويسمح له بالتأرجح للأمام في هيكل المبنى أو أي شيء آخر من أجل هدمه، عند اصطدامها بالهيكل، تضغط كرة التدمير عليها بقوة من أجل التسبب في إزاحة جدار الهيكل.
• المطرقة هي أداة تستخدم الطاقة الميكانيكية للقيام بالعمل، تمنح الطاقة الميكانيكية للمطرقة المطرقة قدرتها على تطبيق القوة على الظفر من أجل التسبب في إزاحته، نظرًا لأن المطرقة لديها طاقة ميكانيكية (في شكل طاقة حركية)، فهي قادرة على القيام بعمل.
• مسدس النبال مثالًا آخر على كيفية عمل الطاقة الميكانيكية لجسم ما على كائن آخر، عندما يتم تحميل مسدس السهم وضغط الزناد، فإنه يمتلك طاقة ميكانيكية، تمنح الطاقة الميكانيكية للزنبركات المضغوطة الزنبركات القدرة على تطبيق قوة على السهم من أجل التسبب في إزاحته، نظرًا لأن الزناد لديه طاقة ميكانيكية (في شكل طاقة وضع مرنة)، فهي قادرة على القيام بعمل على السهم.
• طواحين الهواء، تستخدم الرياح عالية السرعة للقيام بالعمل على ريش التوربينات في ما يسمى طواحين الهواء تمنح الطاقة الميكانيكية للهواء المتحرك جزيئات الهواء القدرة على تطبيق القوة والتسبب في إزاحة الشفرات، عندما تدور الشفرات، يتم تحويل طاقتها لاحقًا إلى طاقة كهربائية (شكل غير ميكانيكي من الطاقة) ويتم توفيرها للمنازل والصناعات من أجل تشغيل الأجهزة الكهربائية. [5]