סוגי אנרגיה והמרות אנרגיה במרחב התעבורתי

סוגים שונים של אנרגיה באים לידי ביטוי במרחב התעבורתי. אנרגיה כימית משתחררת כאשר הדלק נשרף במנוע המכונית; לכלי הרכב, ולכל אחד מהגופים שנעים במרחב (כולל אוויר) יש אנרגיה קינטית (אנרגיה של תנועה); וכאשר גופים נמצאים בגבהים שונים, יש להם אנרגיה פוטנציאלית שונה. בפעילות זאת נכיר שני סוגים של אנרגיה – אנרגיה פוטנציאלית (כובדית או כבידתית) ואנרגיה קינטית.

אנרגיה פוטנציאלית כבידתית:

אנרגיה שגוף צובר כאשר הוא עובר בין גבהים שונים. במילים אחרות, אנרגיה פוטנציאלית כבידתית היא אנרגיה שקשורה לגובה היחסי* של הגוף ולמסה שלו (בשפה יום יומית יש כאלו שמחליפית בין "מסה" ל"משקל"). אנרגיה פוטנציאלית של גוף (שמסומנת כאן כ-Ep) מחושבת לפי:

Ep = M × g × h

כאשר M מייצגת את מסת הגוף, בקילוגרמים (ק"ג), g מייצגת את תאוצת הכובד של כדור-הארץ ושווה ל-10 (מטר לשנייה בריבוע)**, ו-h מייצגת את הגובה היחסי של הגוף. האנרגיה שמחושבת כאן, ואנרגיה מכל סוג, נמדדת ביחידות שנקראות ג'ול.

לדוגמה: מהי האנרגיה הפוטנציאלית של ילד שמסתו 40 ק"ג שנמצא במרפסת בקומה השנייה, בגובה של 5 מ' מעל פני הקרקע?

תשובה: Ep = M × g × h = 40 × 10 × 5 = 2000
האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית של הילד היא 2000 ג'ול.

אנרגיה קינטית:

אנרגיה קינטית היא אנרגיה של גוף בתנועה. האנרגיה הקינטית תלויה במהירות התנועה של הגוף, וכמו האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית, גם במסה של הגוף. אנרגיה קינטית של גוף (שמסומנת כאן כ-Ek) מחושבת לפי:

M × V2
2
 =  Ek

כאשר M מייצגת את מסת הגוף, בקילוגרמים (ק"ג) ו-V מייצגת את מהירות הגוף (בחישובים כאן נשתמש ביחידות של מטר לשנייה, ולא קמ"ש כמו שאנו רגילים).

לדוגמה: מהי האנרגיה הקינטית של ילד שמסתו 40 ק"ג וגולש על גלגליות (סקטים) במהירות של 5 מטר לשנייה?

תשובה: 
500  = 
25 × 40
2
 = 
52 × 40
2
 = 
M × V2
2
 =  Ek

האנרגיה הקינטית של הילד היא 500 ג'ול.

המרת אנרגיה:

אנרגיה יכולה לעבור מגוף לגוף, ו/או לעבור המרה לצורה אחרת. דוגמאות:

  • במנוע המכונית נשרף דלק. חלק מהאנרגיה הפוטנציאלית הכימית שבו, מומרת לאנרגיה קינטית של המכונית וחלק לחום.
  • כאשר עציץ נופל מהמרפסת, כמעט כל האנרגיה הפוטנציאלית שלו מומרת לאנרגיה קינטית (השאר מומר לחום בעקבות חיכוך עם האוויר.
  • כאשר גולשים בגלגליות בירידה, האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית מומרת לאנרגיה קינטית והמהירות גוברת ככל שהגולש מאבד גובה. אבל לא כל האנרגיה הפוטנציאלית הופכת לאנרגיה קינטית. חלק מהאנרגיה משתחרר כחום שנוצר עקב החיכוך של הגלגלים בכביש, החיכוך עם האוויר והחיכוך בצירים של הגלגלים.

*) "גובה יחסי" – גובה יחסית לנקודת ייחוס מוגדרת.
**) במקומות אחרים ביקום תאוצת הכובד יכולה להיות שונה