אנרגיה קינטית
אנרגיית התנועה-כל גוף שנע, יש לו אנרגיה!
מהי אנרגיה קינטית?
ממה תלויה האנרגיה הקינטית?
העוצמה האינהרנטית האצורה בתוך גוף הנמצא במהלך של תנועה אקטיבית, נגזרת במדויק מהשפעתם המתמטית של שני משתנים (Variables) פיזיקליים בלעדיים:
1. מהירות הגוף
ככל שהגוף נע מהר יותר, האנרגיה הקינטית שלו גבוהה יותר.
מכונית ב-100 קמ"ש מסוכנת יותר ממכונית ב-30 קמ"ש!
2. מסת הגוף
ככל שהגוף כבד יותר, האנרגיה הקינטית שלו גבוהה יותר.
משאית באותה מהירות מסוכנת יותר ממכונית קטנה!
הנוסחה: Eₖ = ½ × m × v² (לא צריך לזכור בעל פה, אבל כדאי להבין)
השפעת המהירות
כדור טניס נזרק ב-20 קמ"ש ← אנרגיה נמוכה
כדור טניס נזרק ב-200 קמ"ש ← אנרגיה גבוהה מאוד!
הכפלת המהירות ← האנרגיה עולה פי 4!
השפעת המסה
כדור פינג-פונג (3 גרם) ב-50 קמ"ש ← מעט אנרגיה
כדור כדורת (7 ק"ג) ב-50 קמ"ש ← הרבה אנרגיה!
הכפלת המסה ← האנרגיה עולה פי 2
דוגמאות לאנרגיה קינטית
| גוף | מהירות | אנרגיה קינטית (בערך) |
|---|---|---|
| הולך רגל | 5 קמ"ש | 70 ג'אול |
| רוכב אופניים | 20 קמ"ש | 1,100 ג'אול |
| מכונית | 100 קמ"ש | 500,000 ג'אול |
| כדור רובה | 1,000 קמ"ש | 2,000 ג'אול |
| מטוס נוסעים | 900 קמ"ש | 3 מיליארד ג'אול |
* שימו לב: כדור הרובה קל אבל מהיר מאוד, המטוס כבד מאוד!
למה התנגשות מהירה מסוכנת יותר?
כשגוף עוצר פתאום (התנגשות), האנרגיה הקינטית צריכה להישחרר:
- חלק הופך לחום-המתכת מתחממת
- חלק הופך לקול-רעש ההתנגשות
- חלק הופך לעיוות-פחחות מתעקמת
- מהירות כפולה = אנרגיה פי 4 = נזק פי 4!
שאלה לחשיבה
שני כדורים זהים נזרקים. כדור A נע ב-10 מ/ש וכדור B נע ב-20 מ/ש. כמה פעמים יותר אנרגיה קינטית יש לכדור B?
למרות שכדור B נע במהירות כפולה בלבד, האנרגיה הקינטית המצויה בו תהיה עצומה פי מעריך הארבעה (x4). ההסבר הפיזיקלי לכך, לפי נוסחת האנרגיה הקינטית (Eₖ = ½mv²), נובע מכך שווקטור המהירות בה משתלב כגורם ריבועי אקספוננציאלי במשוואה, ולא כיחס ישר.
גם אטומים ומולקולות נעים כל הזמן-ויש להם אנרגיה קינטית!
מה שאנחנו קוראים "חום" הוא בעצם האנרגיה הקינטית של כל המולקולות הזעירות שנעות ומתנגשות. ככל שהן נעות מהר יותר-החומר חם יותר!
ב-0 קלווין (-273°C) המולקולות כמעט לא נעות-זה הקור המוחלט!
שאלה לחשיבה
איך מסה ומהירות משפיעות על אנרגיה קינטית, ולמה העלאה קטנה במהירות יכולה להגדיל מאוד את האנרגיה?
אנרגיה קינטית תלויה במסה ובמהירות; במודל הלימודי המהירות נכנסת בריבוע, כך שכפל מהירות מכפיל את האנרגיה הקינטית פי ארבעה (בהנחות פשטניות). לכן התנגשויות במהירות גבוהה מסוכנות יותר.