انرژی جنبشی (Kinetic Energy) که به اختصار با KE نمایش داده می‌شود، یکی از اشکال انرژی است که به دلیل حرکت یک جسم به وجود می‌آید. این نوع انرژی به کار مورد نیاز برای شتاب دادن به یک جرم جسم تا رسیدن به سرعت مورد نظر از حالت سکون اشاره دارد. به عبارت دیگر، انرژی جنبشی به انرژی‌ای گفته می‌شود که یک جسم در اثر حرکت خود داراست و تا زمانی که سرعت جسم تغییر نکند، این انرژی حفظ می‌شود. بنابراین، برای کاهش سرعت یک جسم از سرعت فعلی به حالت سکون، به همان مقدار کار نیاز خواهد بود که برای افزایش سرعت آن به کار رفته است.
رابطه انرژی جنبشی با جرم و سرعت
انرژی جنبشی یک جسم به جرم آن و مجذور سرعتش وابسته است. به عبارت دیگر، انرژی جنبشی با افزایش جرم یا سرعت جسم افزایش می‌یابد. این رابطه به طور دقیق در قضیه کار-انرژی بیان شده است که نشان می‌دهد کار کل انجام شده بر روی یک جسم برابر با تغییرات انرژی جنبشی آن است.
فرمول انرژی جنبشی
فرمول محاسبه انرژی جنبشی به صورت زیر است:
Ek=12mv2
که در آن:
- Ek انرژی جنبشی
- m جرم جسم
- v سرعت جسم
یکاهای انرژی جنبشی
یکای انرژی جنبشی در سیستم بین‌المللی واحدها (SI) همانند سایر اشکال انرژی، ژول (Joule) است که به افتخار جیمز پرسکات ژول نامگذاری شده است. یکای انرژی جنبشی بر حسب یکای اصلی SI به صورت زیر است:
J=kg⋅m2/s2
انرژی جنبشی در مکانیک کلاسیک
در مکانیک کلاسیک، انرژی جنبشی به دو نوع اصلی تقسیم می‌شود: انرژی جنبشی انتقالی و انرژی جنبشی دورانی.
انرژی جنبشی انتقالی
انرژی جنبشی انتقالی به انرژی جنبشی کل یک سیستم از ذرات اشاره دارد. برای یک جسم صلب که شامل تعداد زیادی ذره است، انرژی جنبشی کل برابر با مجموع انرژی جنبشی تمامی ذرات آن خواهد بود. در این حالت، مرکز جرم جسم به عنوان نماینده کل جسم در نظر گرفته می‌شود و انرژی جنبشی انتقالی به صورت زیر تعریف می‌شود:
Ek,trans=12mv2cm
که در آن vcmv_{cm} سرعت مرکز جرم است.
انرژی جنبشی دورانی
انرژی جنبشی دورانی به انرژی جنبشی مربوط به چرخش یک جسم صلب حول یک محور خاص اشاره دارد. هر ذره از جسم در حال دوران دارای مقدار مشخصی انرژی جنبشی است. برای محاسبه انرژی جنبشی دورانی، کمیتی به نام گشتاور لختی (Moment of Inertia) تعریف می‌شود که به صورت مجموع جرم هر ذره از جسم در مجذور فاصله عمودی آن از محور دوران محاسبه می‌شود. انرژی جنبشی دورانی به صورت زیر محاسبه می‌شود:
Ek,rot=12Iω2
که در آن:
- I گشتاور لختی
- ω سرعت زاویه‌ای است.
نتیجه‌گیری
انرژی جنبشی یکی از مفاهیم اساسی در فیزیک است که به ما کمک می‌کند تا درک بهتری از حرکت اجسام و تأثیرات آن بر روی انرژی داشته باشیم. این مفهوم نه تنها در مکانیک کلاسیک بلکه در زمینه‌های مختلف علمی و مهندسی کاربرد دارد و در تحلیل‌های حرکتی و دینامیکی بسیار حائز اهمیت است. با درک دقیق انرژی جنبشی، می‌توانیم رفتار اجسام در حال حرکت را بهتر پیش‌بینی و تحلیل کنیم.
مطالب دیگر:
همه چیز در مورد فضا
