المحتوى
أحد القوانين الأساسية للكون هو أن الطاقة لا يتم إنشاؤها أو تدميرها - إنها فقط تغير الأشكال. وبالتالي ، توجد العديد من صيغ الطاقة. من أجل فهم كيفية تعبير هذه الصيغ عن نفس الشيء ، من المهم أن نفهم أولاً ما يعنيه الفيزيائيون عندما يتحدثون عن الطاقة. انها فكرة متأصلة في مفاهيم الفيزياء الكلاسيكية كما أوضح السير إسحاق نيوتن.
الصيغة لطاقة الحركة هي KE = .5 × م × الخامس2 حيث KE هي الطاقة الحركية في جول ، m الكتلة بالكيلوغرام و v هي السرعة بالأمتار في الثانية.
القوة والعمل
تشكل قوانين نيوتن الثلاثة للحركة أساسًا للفيزياء الكلاسيكية. يعرّف القانون الأول القوة بأنها التي تسبب الحركة ، والقانون الثاني يربط القوة المؤثرة على جسم ما بالتسارع الذي يمر به. إذا كانت القوة (F) تسرع الجسم من خلال المسافة (د) ، فإنها تقوم بعمل (W) مساوٍ للقوة مضروبًا في أوقات المسافة ، وهو عامل يفسر الزاوية بينهما (θ ، الحرف اليوناني ثيتا ). كتعبير رياضي ، هذا يعني W = F × d × (cos (θ)). الوحدات المترية للقوة هي نيوتن ، ووحدات المسافة هي متر ووحدات العمل هي نيوتن متر ، أو جول. الطاقة هي القدرة على القيام بالعمل ، ويتم التعبير عنها أيضًا في الجول.
الطاقة الحركية والإمكانات
يمتلك الجسم المتحرك طاقته في الحركة ، وهو ما يعادل العمل المطلوب لإحضاره إلى الراحة. وهذا ما يسمى طاقتها الحركية ، وتعتمد على مربع سرعة الأجسام (v) وكذلك نصف كتلتها (م). رياضيا ، يتم التعبير عن هذا كـ E (k) = (.5) × m × v2. كائن في بقية في مجال الجاذبية الأرض تمتلك الطاقة الكامنة بحكم ارتفاعه. إذا سقطت بحرية ، فستكتسب طاقة حركية مساوية لهذه الطاقة الكامنة. تعتمد الطاقة الكامنة على كتلة الأجسام وارتفاعها (ح) والتسارع بسبب الجاذبية (ز). رياضيا ، هذا هو E (p) = m • h • g.
طاقة كهربائية
يعتمد حساب الطاقة في الأنظمة الكهربائية على مقدار التيار المتدفق عبر موصل (I) في الأمبيرات ، وكذلك على الجهد الكهربائي ، أو الجهد (V) ، الذي يقود التيار ، بالفلط. ضرب هذه المعلمتين يعطي طاقة الكهرباء (P) بالواط ، وضرب P بحلول الوقت الذي تتدفق فيه الكهرباء (t) بالثواني يعطي مقدار الطاقة الكهربائية في النظام ، في جول. التعبير الرياضي للطاقة الكهربائية في دائرة التوصيل هو E (e) = P × t = V × I × t. وفقًا لهذه العلاقة ، فإن ترك مصباح كهربائي بقوة 100 وات يحترق لمدة دقيقة واحدة ينفق 6000 جول من الطاقة. هذا يعادل كمية الطاقة الحركية التي ستحصل عليها الصخرة التي تبلغ كيلوغرامًا إذا أسقطتها من ارتفاع 612 مترًا (تجاهل احتكاك الهواء).
بعض أشكال الطاقة الأخرى
الضوء الذي نراه هو ظاهرة كهرومغناطيسية لها طاقة بفضل اهتزازات حزم الأمواج التي تسمى الفوتونات. قرر الفيزيائي الألماني ماكس بلانك أن طاقة الفوتون تتناسب مع التردد (f) الذي يهتز به ، وأنه يحسب ثابت التناسب (ح) ، والذي يسمى بلانك ثابت في شرفه. تعبير طاقة الفوتون هو بالتالي E (p) = h × f. وفقًا لنظرية ألبرت أينشتاين النسبية ، كل جسيم من المادة لديه طاقة كامنة الكامنة تتناسب مع كتلة الجسيمات ومربع سرعة الضوء (ج). التعبير المعني هو E (m) = m × c2. تم تأكيد حسابات آينشتاين من خلال تطوير القنبلة الذرية.