אנרגיית תנועה (אנרגיה קינטית)

• כיתה ט’
• אנרגיה וחום
• 5 דקות קריאה

מה זו אנרגיה קינטית, איך מחשבים אותה, ולמה מהירות כפולה מכפילה פי ארבעה את מרחק הבלימה — עם נוסחה, תרגיל פתור וסרטון.

התשובה בקצרה

אנרגיה קינטית, או אנרגיית תנועה, היא האנרגיה שיש לכל גוף שזז. היא תלויה במסה של הגוף ובמהירות שלו:

1. מסה כפולה — אנרגיה כפולה.
2. מהירות כפולה — אנרגיה גדולה פי ארבעה. המהירות משפיעה הרבה יותר מהמסה, כי היא מופיעה בריבוע.

למי זה מיועד: אנרגיה קינטית נלמדת בכיתה ט’, יחד עם אנרגיית גובה. כדאי להכיר קודם את מושג האנרגיה ואת יחידת הג’אול.

מה זו אנרגיה קינטית

כל גוף שזז יכול לגרום לשינוי: כדור שנבעט מזיז את הרשת, פטיש שמונף תוקע מסמר, רוח מסובבת טורבינה. היכולת הזו, שנובעת מהתנועה, היא אנרגיה קינטית. גוף שעומד במקום — אין לו אנרגיה כזו בכלל.

כמה אנרגיה יש לגוף? זה תלוי בשני דברים. ככל שהוא כבד יותר, יש לו יותר אנרגיה. וככל שהוא מהיר יותר, יש לו הרבה יותר אנרגיה. את הקשר המדויק נותנת הנוסחה:

תרגיל פתור

הנתונים: המסה של רוכב יחד עם האופניים שלו היא 50 קילוגרם. הוא נוסע במהירות של 4 מטר לשנייה, ואחר כך מאיץ ל־8 מטר לשנייה.
השאלה: מה האנרגיה הקינטית בכל אחת מהמהירויות?

1. מעלים את המהירות בריבוע קודם, ורק אחר כך כופלים: E_k = ½ · 50 · 4² = ½ · 50 · 16 = 400
2. אותו חישוב במהירות הכפולה: E_k = ½ · 50 · 8² = ½ · 50 · 64 = 1600

התשובה: ב־4 מטר לשנייה יש לרוכב 400 ג’אול, וב־8 מטר לשנייה — 1,600 ג’אול. המהירות הוכפלה, והאנרגיה גדלה פי ארבעה. 400 J → 1600 J

למה המהירות חשובה כל כך

כי בנוסחה המהירות מופיעה בריבוע. מהירות גדולה פי 2 נותנת אנרגיה גדולה פי 4. מהירות גדולה פי 3 נותנת אנרגיה גדולה פי 9. למסה אין השפעה כזו: מסה כפולה נותנת בדיוק אנרגיה כפולה.

לזה יש משמעות מעשית בכביש. כשרכב בולם, הבלמים צריכים לסלק את כל האנרגיה הקינטית שלו, ולהפוך אותה לחום. אם המהירות כפולה, יש פי ארבעה אנרגיה לסלק — ולכן גם מרחק הבלימה גדל בערך פי ארבעה. זו אחת הסיבות העיקריות לכך שנסיעה מהירה מסוכנת כל כך.

איפה רואים את זה בחיים

• מרחק בלימה

  רכב שנוסע מהר פי שניים צריך מרחק בלימה ארוך בערך פי ארבעה. לכן מגבלת המהירות ליד בתי ספר נמוכה כל כך.

• טורבינת רוח

  הרוח היא אוויר בתנועה, עם אנרגיה קינטית. הטורבינה לוקחת חלק ממנה והופכת אותו לחשמל.

• כדור באולינג וכדור טניס

  באותה מהירות, לכדור הבאולינג יש הרבה יותר אנרגיה, כי המסה שלו גדולה יותר. לכן הוא מפיל פינים.

שאלות נפוצות

באיזו יחידה מודדים אנרגיה קינטית?

בג’אול, כמו כל אנרגיה. אם מציבים מסה בקילוגרם ומהירות במטר לשנייה, התוצאה יוצאת ישר בג’אול. אם המהירות נתונה בקילומטר לשעה, צריך להמיר קודם.

אנרגיה קינטית יכולה להיות שלילית?

לא. המהירות מופיעה בריבוע, והמסה תמיד חיובית, ולכן האנרגיה הקינטית היא אפס או יותר. לא משנה לאיזה כיוון הגוף נע — לאנרגיה אין כיוון.

מה הקשר בין אנרגיה קינטית לאנרגיית גובה?

הן הופכות זו לזו. גוף שנופל מאבד אנרגיית גובה ומקבל אנרגיה קינטית. כדור שנזרק למעלה מאבד אנרגיה קינטית ומקבל אנרגיית גובה. אם מתעלמים מחיכוך, הסכום שלהן נשאר קבוע.

תרגילי אנרגיה מפילים אתכם?

בקורס הפיזיקה לכיתה ט’ כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס כיתה ט’

או מתחילים בחינם: חוברת הפיזיקה לכיתה ט’, להורדה