Sisu
- Maakera gravitatsioonivälja potentsiaalse energia valem
- Elastne potentsiaalne energia
- Elektriline potentsiaal või pinge
Potentsiaalne energia kõlab nagu lihtsalt see energia, mis pole aktualiseerunud, ja sellisele mõtlemine võib teid uskuma panna, et see pole reaalne. Seisake siiski turvalise rippuva 30 jalga maapinna all ja teie arvamus võib muutuda. Seifil on gravitatsioonijõu tõttu potentsiaalne energia ja kui keegi lõikaks seda hoidvat köit, muutuks see energia kineetiliseks energiaks ja selleks ajaks, kui ohutu sinuni jõudis, oleks sellel piisavalt "aktiveeritud" energiat, et anda sa lõhestav peavalu.
Paremaks potentsiaalse energia määratluseks on salvestatud energia ja energia salvestamine võtab "tööd". Füüsikal on konkreetne töö määratlus - tööd tehakse siis, kui jõud liigutab eset kaugelt. Töö on seotud energiaga. Seda mõõdetakse SI-süsteemi džaulides, mis on ühtlasi potentsiaalse ja kineetilise energia ühikud. Töö muundamiseks potentsiaalseks energiaks peate tegutsema teatud tüüpi jõu vastu ja neid on mitu. Jõuks võib olla gravitatsioon, vedru või elektriväli. Jõu omadused määravad teie salvestatud potentsiaalse energia hulga, tehes selle vastu tööd.
Maakera gravitatsioonivälja potentsiaalse energia valem
Gravitatsiooni toimimise viis seisneb selles, et kaks keha meelitavad üksteist, kuid maakeral on kõik nii planeediga endaga võrreldes nii väike, et ainult maakera gravitatsiooniväli on oluline. Kui tõstad keha (m) maapinnast kogeb see keha jõudu, mis kipub selle kiirendama maapinna poole. Jõu suurus (F), alates Newtoni 2. seadusest, annab F = mg, kus g on gravitatsioonist tulenev kiirendus, mis on konstant kõikjal Maal.
Oletame, et tõstad keha kõrgusele h. Selle saavutamiseks tehtav töö on jõud × vahemaa või mgh. See töö salvestatakse potentsiaalse energiana, seega on maakera gravitatsioonivälja potentsiaalse energia võrrand lihtsalt:
Gravitatsiooniline potentsiaalne energia = mgh
Elastne potentsiaalne energia
Vedrud, kummipaelad ja muud elastsed materjalid võivad energiat salvestada, mis on põhimõtteliselt see, mida teete, kui tõmbate vibu vahetult enne noole laskmist. Vedru venitamisel või kokkusurumisel avaldab see vastupidist jõudu, mis taastab vedru tasakaalusendisse. Jõu suurus on võrdeline vahemaaga, mida te selle venitate või kokkusurute (x). Proportsionaalsuse konstant (k) on kevadele iseloomulik. Vastavalt Hookesi seadusele F = −kx. Miinusmärk tähistab vedru taastavat jõudu, mis toimib vastupidiselt vedru venitavale või kokkusurutavale.
Elastsesse materjali salvestatud potentsiaalse energia arvutamiseks peate mõistma, et jõud suureneb kui x suureneb. Lõpmatu minimaalse kauguse korral on F aga konstantne. Summeerides kõigi lõpmatute vahemaade (0) (tasakaal) ja lõpliku pikenduse või kokkusurumise vahelised jõud x, saate arvutada tehtud töö ja salvestatud energia. See summeerimisprotsess on matemaatiline tehnika, mida nimetatakse integratsiooniks. See loob elastse materjali potentsiaalse energia valemi:
Potentsiaalne energia = kx2/2
kus x on laiend ja k on vedru konstant.
Elektriline potentsiaal või pinge
Kaaluge positiivse laengu liigutamist q suurema positiivse laengu genereeritud elektrivälja sees Q. Elektriliste tõrjuvate jõudude tõttu on vaja väiksema laengu suuremale lähemale viimist. Vastavalt Coulombsi seadusele on süüdistuste vahel igal ajal jõud kqQ/r2, kus r on nende vaheline kaugus. Sel juhul, k on Coulombsi konstant, mitte vedru konstant. Füüsikud tähistavad neid mõlemaid k. Arvutate potentsiaalse energia, arvestades liikumiseks vajalikku tööd q lõpmata kaugel Q selle kauguseni r. See annab elektrilise potentsiaali energia võrrandi:
Elektripotentsiaal = kqQ/r
Elektripotentsiaal on pisut erinev. Selle salvestatud energia kogus laenguühiku kohta ja selle pinge suurus on voltides (džaulides / coulomb). Laadimisel tekkiva elektripotentsiaali või pinge võrrand Q eemalt r on:
Elektripotentsiaal = kQ/r