تعد الطاقة الكامنة والطاقة الحركية من أكثر أشكال الطاقة تأثيرًا في حياتنا اليومية، حيث تعرّف الطاقة الحركية، وبشكل مبسّط، بأنها الطاقة التي يكتسبها الجسم بسبب حركته، في حين تعرّف الطاقة الكامنة بأنها الطاقة التي يختزنها الجسم نتيجة وجوده في موضع معين بحالة سكون. إلا أن الفرق بين الطاقة الكامنة والحركية لا يقتصر على هذا.
إذ توجد العديد من الفروق بين الطاقة الكامنة والطاقة الحركية من نواحي عدّة، على الرغم من أن علاقتهما تبادلية، من هذه الفروق طرق الحساب، العوامل المؤثرة على كل منها، بالإضافة إلى فروق أخرى سنأتي على شرحها بالتفصيل.
1 – الفرق بين الطاقة الكامنة والحركية من حيث المفهوم
- الطاقة الكامنة (Potential Energy): هي شكل من أشكال الطاقة التي يمتلكها الجسم في حالة السكون، بسبب موقعه النسبي إلى الأجسام الأخرى. ويعرّفها بعض العلماء بأنها قياس قدرة الجسم على القيام بعمل ما وتوليد الحرارة والطاقة.
- الطاقة الحركية (kinetic Energy): هي مقدار العمل اللازم لنقل جسم من حالة السكون إلى حالة الحركة، من خلال تطبيق قوة عليه تكسبه سرعة معينة. مثال على ذلك مقدار العمل اللازم لنقل جسم على طول مسار ما من مكان إلى آخر كالإفعوانية في مدينة الألعاب.
2 – الفرق بينهما من حيث قانون حسابهما
- يرمز للطاقة الكامنة بالرمز(E) أو ( PE ) ويتم حسابها من العلاقة:
E = m * g * h
حيث:
m: كتلة الجسم مقدرة بالـ (كغ).
h: ارتفاع الجسم عن سطح الأرض مقدرًا بالـ (م).
g: تسارع الجاذبية الأرضية، ويساوي 9.8 (m/sec^2).
- يرمز للطاقة الحركية بالرمز (KE)، ويتم حسابها من العلاقة:
KE = (1/2) * m * v^2
حيث:
m: كتلة الجسم مقدرة بالـ (كغ).
v^2: هي مربع سرعته، تقدر السرعة (v) بـ (م/ ثا).
3 – الفرق بين الطاقة الكامنة والحركية من حيث وحدة القياس
تقدر كلًا من الطاقة الكامنة والحركية بالجول، والجول يساوي قوة نيوتن واحد (N) يعمل على تحريك الجسم مسافة متر واحد، أو يمكن أن تقدّر بـ (كغ * م^2 / ثانية ^2). أما في حال حساب الطاقة الكامنة في النابض أو الربيعة فإنها تقدر بالنيوتن (N).
4 – الفرق بين الطاقة الكامنة والحركية من حيث العوامل المؤثرة
تتأثر الطاقة الكامنة للجسم بعاملين أساسيين حيث:
- تزداد الطاقة الكامنة للجسم كلما ازداد ارتفاعه عن سطح الأرض.
- تزداد الطاقة الكامنة للجسم كلما ازدادت كتلته في المكان ذاته.
أما الطاقة الحركية لجسم ما فإن قيمتها تتأثر بـ:
- كتلة الجسم، حيث تزداد الطاقة الحركية لجسم ما كلما ازدادت كتلته.
- سرعة الجسم، كلما ازدادت سرعة الجسم ازدادت طاقته الحركية.
5 – الفرق بين الطاقة الكامنة والحركية من حيث أشكال تحول كل منهما
- يمكن أن تتحول الطاقة الكامنة إلى: طاقة حركية، كهربائية، حرارية، نووية، كيميائية و كهرطيسية.
- أما الطاقة الحركية يمكن أن تكون صوتية، ميكانيكية، كهربائية، إشعاعية وحرارية.
6 – الفرق بين الطاقة الكامنة والحركية من حيث الخصائص
يوجد العديد من الفروق بين الطاقتين الكامنة والحركية من حيث الخصائص، كالتالي:
خصائص الطاقة الكامنة
- لا يمكن نقل الطاقة الكامنة بين الأجسام.
- يمكن تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية.
- تعتمد الطاقة المخزنة في الجسم على خصائصه الفيزيائية و على موضعه بالنسبة للأجسام الأخرى (ارتفاع كرة عن سطح الأرض مثلًا).
- الطاقة الكامنة هي خاصية للنظام وليس للجسم، فالنظام المكون من الأرض والكرة المرتفعة، تصبح طاقته الكامنة أكبر كلما ازداد بعدهما عن بعضهما البعض.
- تعتمد الطاقة الكامنة لنظام من الجسيمات فقط (كالإلكترونات مثلاً) على وضعها الأولي والنهائي، أي أنها مستقلة عن المسار الذي تسلكه الجسيمات قبل استقرارها.
- تكون قيمة الطاقة الكامنة أعظمية عندما يكون الجسم ساكنًا، وتتناقص عندما يبدأ الجسم بالحركة.
- تتناسب الطاقة الكامنة لجسم ما طردًا مع كتلته، ومع ارتفاعه عن سطح الأرض.
خصائص الطاقة الحركية
- يمكن نقلها بين الأجسام، عند التصادم مثلًا.
- الطاقة الحركية لجسم ما تتناسب طردًا مع مربع سرعته.
- الطاقة الحركية لها قيمة موجبة، أو قد تكون مساوية للصفر، عندما يتوقف الجسم عن الحركة.
- تزداد قيمتها أو تنقص بتغيّر السرعة.
- تكون أكبر في الأجسام الثقيلة.
- تتحول إلى أشكال أخرى من أشكال الطاقة.
- لا تتغير قيمتها بتغيير مسار الجسم عندما تكون السرعة ثابتة.
- لها قيمة، بغض النظر عن اتجاه حركة الجسم المتحرك.
- ثابتة القيمة في حال كانت سرعة الجسم ثابتة، حيث يحتفظ الجسم بنفس المقدار من الطاقة الحركية حتى يتباطأ أو يتسارع.
أمثلة عملية عن الطاقة الكامنة والحركية في حياتنا
- حركة السيارات على الطرقات.
- ممارسة الرياضة كالجري مثلاً.
- حركة امواج البحر.
- الماء المتدفق عبر السدود.
- طواحين الهواء.
- الأفعوانية.
- محطات الطاقة الكهرومائية.
- دوران الإلكترونات حول نواة الذرة. كل ما سبق هو أمثلة عن الطاقة الحركية في حياتنا. في حين أن:
- الماء الراكد خلف السدود.
- البنزين المستقر في خزان الوقود لسيارة متوقفة.
- كرة هدم الأبنية.
- القوس والسهم.
- الطاقة الكامنة في النابض المشدود أو المضغوط.
- الثلج المتراكم على قمم الجبال…. أمثلة عن الطاقة الكامنة التي نصادفها في حياتنا. ويوضح الفيديو التالي الأشكال التي نصادفها للطاقة الكامنة والحركية وتطبيقاتها العملية.
العلاقة بين الطاقة الكامنة والطاقة الحركية
يمكن تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية وبالعكس، حيث أن العلاقة بينهما تبادلية، أي أنه يمكن تحويلهما إلى بعضهما البعض، فالأفعوانية في مدينة الألعاب، تمتلك طاقة كامنة عندما تكون في أعلى المسار بوضع ساكن، تتحول هذه الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية لحظة بدء سقوطها الحر واكتسابها سرعة ما.
المصادر
- livescience | What Is Potential Energy
- byjus | Potential Energy
- thoughtco | Potential Energy Definition and Formula
- taraenergy | Kinetic Energy Explained (An Energy Resource!)
- physicsclassroom | Kinetic Energy
- khanacademy | What is kinetic energy
- mathsisfun | Potential and Kinetic Energy