Sadržaj
- Formula potencijalne energije za Zemljino gravitacijsko polje
- Elastična potencijalna energija
- Električni potencijal ili napon
Potencijalna energija zvuči kao jednostavno energija koja se nije aktivirala, a razmišljanje o njoj može vas uspavati ako vjerujete da nije stvarno. Ipak stanite pod sigurno spušteno 30 stopa iznad zemlje i vaše će se mišljenje možda promijeniti. Sef ima potencijalnu energiju zbog sile gravitacije, a ako bi netko presjekao konopac koji ga drži, ta bi se energija pretvorila u kinetičku energiju, a do trenutka kada bi sef stigao do vas, imao bi dovoljno „aktualizirane“ energije da da vi dijelite glavobolju.
Bolja definicija potencijalne energije je pohranjena energija i za njezino je potrebno „rad“. Fizika ima specifičnu definiciju rada - rad se obavlja kada sila pomiče objekt na daljinu. Rad je povezan s energijom. Mjeri se u džulima u SI sustavu, koji su ujedno i potencijalne i kinetičke energetske jedinice. Da biste pretvorili rad u potencijalnu energiju, morate djelovati protiv određene vrste sile, a nekoliko ih je. Sila može biti gravitacija, opruga ili električno polje. Karakteristike sile određuju količinu potencijalne energije koju pohranjujete radeći protiv nje.
Formula potencijalne energije za Zemljino gravitacijsko polje
Način na koji gravitacija djeluje jest da se dva tijela privlače jedno drugo, ali sve je na zemlji toliko malo u odnosu na sam planet da je samo gravitacijsko polje Zemlje značajno. Ako dižete tijelo (m) iznad zemlje, to tijelo doživljava silu koja teži da ubrzava prema zemlji. Jačina sile (F), iz Newtonskog drugog zakona, dao je F = mg, gdje g je ubrzanje zbog gravitacije, koje je konstanta svuda na Zemlji.
Pretpostavimo da tijelo podignete u visinu h, Količina posla koju postižete na ovom putu je sila × udaljenost ili MGH, Taj se rad pohranjuje kao potencijalna energija, pa je jednadžba potencijalne energije za gravitacijsko polje Zemlje jednostavno:
Gravitaciona potencijalna energija = MGH
Elastična potencijalna energija
Opruge, gumene trake i drugi elastični materijali mogu pohraniti energiju, što je u biti ono što radite kada povučete luk neposredno prije nego što ispalite strelicu. Kad ispružite ili stisnete oprugu, ona djeluje suprotno sili koja djeluje da bi vratila oprugu u ravnotežni položaj. Jačina sile proporcionalna je udaljenosti koju stežete ili stisnete (x). Konstanta proporcionalnosti (k) karakteristična je za proljeće. Prema Hookesovom zakonu, F = −kx, Znak minus ukazuje na povratnu silu opruge koja djeluje u suprotnom smjeru od istezanja ili pritiska.
Da biste izračunali potencijalnu energiju pohranjenu u elastičnom materijalu, morate shvatiti da sila postaje veća x povećava. Međutim, za beskonačno minimalnu udaljenost F je konstanta. Zbrajanjem sila svih infinitezimalnih udaljenosti između 0 (ravnoteža) i konačnog produženja ili kompresije x, možete izračunati obavljeni posao i pohranjenu energiju. Ovaj postupak zbrajanja je matematička tehnika koja se naziva integracija. Izrađuje formulu potencijalne energije za elastični materijal:
Potencijalna energija = kx2/2
gdje x je produžetak i k je konstanta opruge.
Električni potencijal ili napon
Razmislite o pomicanju pozitivnog naboja q unutar električnog polja generiranog većim pozitivnim nabojem P, Zbog električnih odbojnih sila, potrebno je raditi da se manji naboj približi većem. Prema Coulombsovom zakonu, sila između naboja u bilo kojem je trenutku kqQ/r2, gdje r je udaljenost između njih. U ovom slučaju, k je Coulombs konstanta, a ne konstanta opruge. Fizičari oboje označavaju s k, Potencijalnu energiju izračunavate uzimajući u obzir posao potreban za kretanje q od beskrajno daleko od P na njegovu udaljenost r, To daje jednadžbu električne potencijalne energije:
Električna potencijalna energija = kqQ/r
Električni potencijal je malo drugačiji. Njegova količina energije koja je pohranjena po jedinici naboja, a poznata je i kao napon, mjeri se u voltima (joules / coulomb). Jednadžba za električni potencijal ili napon koji nastaje nabojem P na udaljenosti r je:
Električni potencijal = KQ/r