أنواع واستخدامات الطاقة الميكانيكية المختلفة

أنواع الطاقة الميكانيكية

تُعرّف الطاقة الميكانيكية بأنها الطاقة التي يمتلكها الجسم نتيجة لموقعه أو حركته، أو نتيجة لكليهما. تنقسم الطاقة الميكانيكية إلى نوعين رئيسيين؛ وهما طاقة الوضع والطاقة الحركية.

طاقة الوضع

يكتسب الجسم طاقة الوضع بسبب موقعه، حيث تُعرف طاقة الوضع بأنها الطاقة الناتجة عن تغيير موضع الجسم.

تظهر طاقة الوضع بشكل واضح في مثال الزنبرك؛ فعند سحب الزنبرك بعيدًا عن مكانه الطبيعي، يقوم بتخزين الطاقة، وتُسمى هذه الطاقة بطاقة الوضع. يشعر الشخص بهذه الطاقة من خلال الجهد الذي يبذله للإبقاء على الزنبرك في وضعه الجديد.

معادلة حساب طاقة الوضع هي كالتالي:

ط و = ك × ع × ت

حيث:

ط و = طاقة الوضع (جول).

ك = الكتلة (كيلوغرام).

ع = الارتفاع (متر).

ت = التسارع (م/ث²).

تنقسم طاقة الوضع إلى نوعين، هما: طاقة الجاذبية الكامنة والطاقة الكامنة المرنة، ويمكن تعريفهما على النحو التالي:

• طاقة الجاذبية الكامنة

تُعتبر الطاقة التي يحتفظ بها الجسم عند ارتفاعه بعيدًا عن مركز الجاذبية، مثل رفع صندوق عن الأرض. فعندما يكون الصندوق على الأرض، تكون طاقة الوضع له صفرًا، ولكن عند رفعه يرتفع نسبة طاقته الوضعية بناءً على كتلته وارتفاعه.

• الطاقة الكامنة المرنة

وهي الطاقة المخزنة في الأجسام المرنة التي يمكن شدها أو ضغطها، مثل قطعة المطاط. تحتوي جميع الأجسام المرنة على عتبة قصوى لمقدار الشد الذي تتحمله، وإذا تجاوز الشد هذه العتبة، فإنها تفقد قدرتها على الرجوع إلى شكلها الأصلي.

الطاقة الحركية

تُعرف الطاقة الحركية بأنها مقدار الشغل الذي يمكن أن يقوم به الجسم نتيجة لحركته. عندما يتم تسريع حركة جسم ما، يتم بذل شغل عليه، مما ينقل إليه طاقة جديدة تدفعه للتحرك بسرعة جديدة، وتسمى هذه الطاقة بالطاقة الحركية.

ورقة حساب الطاقة الحركية هي كالتالي:

ط ح = 0.5 × ك × ع²

حيث:

ط ح = الطاقة الحركية (جول).

ك = الكتلة (كيلوغرام).

ع = السرعة (م/ث).

استخدامات الطاقة الميكانيكية

تتعدد استخدامات الطاقة الميكانيكية ولا يمكن حصرها، حيث أنها مستخدمة في العديد من المجالات بشكل يومي. إليكم أبرز التطبيقات المتعلقة بالطاقة الميكانيكية:

• المحرك الكهربائي

يقوم المحرك الكهربائي بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، والتي تُستخدم في تطبيقات متعددة مثل الغسالات الكهربائية والسكوترات الكهربائية.

• المولد الكهربائي

وهو جهاز يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، وتُستخدم هذه الطاقة في العديد من التطبيقات التي تتطلب الكهرباء، مثل الإنارة.

• الطاقة النووية

تستفيد محطات الطاقة النووية من الطاقة الكامنة في نوى الذرات، حيث يتم تحويل هذه الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية تُستخدم لاحقًا في تطبيقات واسعة النطاق.