Obsah
- Potenciálny energetický vzorec pre gravitačné pole Zeme
- Elastická potenciálna energia
- Elektrické napätie alebo napätie
Potenciálna energia znie ako jej prostá energia, ktorá sa nezrealizovala, a premýšľanie o nej vás môže upútať k presvedčeniu, že to nie je skutočné. Postavte sa však pod bezpečné zavesené 30 metrov nad zemou a váš názor sa môže zmeniť. Trezor má v dôsledku gravitačnej sily potenciálnu energiu, a ak by niekto prerušil lano, ktoré ho drží, táto energia by sa zmenila na kinetickú energiu, a kým by sa trezor dostal, mala by dostatok „aktualizovanej“ energie, aby mohla dať rozštiepenú bolesť hlavy.
Lepšou definíciou potenciálnej energie je akumulovaná energia a skladovanie energie vyžaduje „prácu“. Fyzika má špecifickú definíciu práce - práca sa vykonáva, keď sila pohybuje objektom na veľkú vzdialenosť. Práca súvisí s energiou. Merané v jouloch v systéme SI, ktoré sú tiež potenciálnymi a kinetickými energetickými jednotkami. Ak chcete premeniť prácu na potenciálnu energiu, musíte konať proti určitému typu sily a existuje niekoľko. Sila môže byť gravitácia, pružina alebo elektrické pole. Charakteristiky sily určujú množstvo potenciálnej energie, ktorú ukladáte, tým, že proti nej pracujete.
Potenciálny energetický vzorec pre gravitačné pole Zeme
Gravitácia funguje tak, že dve telá priťahujú jeden druhého, ale všetko na Zemi je také malé v porovnaní so samotnou planétou, že významné je iba gravitačné pole Zeme. Ak nadvihnete telo (m) nad zemou, toto telo zažije silu, ktorá má tendenciu ho urýchliť smerom k zemi. Veľkosť sily (F), z Newtonovho zákona č F = mg, kde g je zrýchlenie spôsobené gravitáciou, ktoré je konštantné všade na Zemi.
Predpokladajme, že telo zdvihnete do výšky hod, Množstvo práce, ktorú urobíte, aby ste to dosiahli, je sila × vzdialenosť alebo mgh, Táto práca sa ukladá ako potenciálna energia, takže potenciálna energetická rovnica pre gravitačné pole Zeme je jednoducho:
Gravitačná potenciálna energia mgh
Elastická potenciálna energia
Pružiny, gumičky a iné elastické materiály môžu uchovávať energiu, čo je v podstate to, čo robíte, keď zatiahnete úklonu tesne pred zastrelením šípu. Keď napnete alebo stlačíte pružinu, pôsobí opačnou silou, aby obnovila pružinu do jej rovnovážnej polohy. Veľkosť sily je úmerná vzdialenosti, ktorú napnete alebo stlačíte (X). Konštancia proporcionality (k) je charakteristická pre prameň. Podľa Hookovho zákona F = −kx, Značka mínus označuje vratnú silu pružiny, ktorá pôsobí v opačnom smere ako pružina, ktorá ju napína alebo stlačuje.
Ak chcete vypočítať potenciálnu energiu uloženú v elastickom materiáli, musíte uznať, že sila sa zväčšuje ako X zvyšuje. Pre nekonečnú vzdialenosť je však F konštantná. Sčítaním síl všetkých nekonečných vzdialeností medzi 0 (rovnováha) a konečným predĺžením alebo kompresiou X, môžete vypočítať vykonanú prácu a uloženú energiu. Tento proces sčítania je matematická technika nazývaná integrácia. Vytvára potenciálny energetický vzorec pre elastický materiál:
Potenciálna energia kx2/2
kde X je rozšírenie a k je jarná konštanta.
Elektrické napätie alebo napätie
Zvážte presunutie kladného náboja q v elektrickom poli generovanom väčším kladným nábojom Q, Kvôli elektrickým odpudivým silám je potrebné presunúť menší náboj bližšie k väčšiemu. Podľa Coulombovho zákona je sila medzi obvineniami kedykoľvek kqQ/r2, kde r je vzdialenosť medzi nimi. V tomto prípade, k je Coulombsova konštanta, nie jarná konštanta. Fyzici ich oboch označujú k, Potenciálnu energiu vypočítate zvážením práce potrebnej na presun q z nekonečne ďaleko od Q na svoju vzdialenosť r, Toto dáva rovnicu energetickej potenciálovej energie:
Elektrická potenciálna energia kqQ/r
Elektrický potenciál sa mierne líši. Jeho množstvo energie uložené na jednotkový náboj a jeho známe ako napätie sa merajú vo voltoch (jouloch / coulomb). Rovnica pre elektrický potenciál alebo napätie generované nábojom Q na diaľku r je:
Elektrický potenciál KQ/r