Съдържание
- Формула за потенциална енергия за гравитационно поле на Земята
- Еластична потенциална енергия
- Електрически потенциал или напрежение
Потенциалната енергия звучи като просто енергията й, която няма да се актуализира и мисленето за нея може да ви приспива да повярвате, че тя не е истинска. Застанете под безопасно окачване на 30 фута над земята и вашето мнение може да се промени. Сейфът има потенциална енергия поради силата на гравитацията и ако някой пререже въжето, което го държи, тази енергия ще се превърне в кинетична енергия и до момента, когато сейфът достигне до вас, ще има достатъчно „актуализирана“ енергия, за да даде ти разцепващо главоболие.
По-доброто определение на потенциалната енергия е запаметената енергия и е необходима „работа“ за съхраняването на енергията. Физиката има конкретно определение за работа - работата се извършва, когато сила движи предмет на разстояние. Работата е свързана с енергията. Измерва се в джоули в системата SI., Които също са потенциални и кинетични енергийни единици. За да превърнете работата в потенциална енергия, трябва да действате срещу определен тип сила и има няколко. Силата може да бъде гравитация, пружина или електрическо поле. Характеристиките на силата определят количеството потенциална енергия, която съхранявате, като вършите работа срещу нея.
Формула за потенциална енергия за гравитационно поле на Земята
Начинът, по който работи гравитацията е, че две тела се привличат едно друго, но всичко на земята е толкова малко в сравнение със самата планета, че само гравитационното поле на Земята е значително. Ако повдигнете тяло (m) над земята това тяло изпитва сила, която е склонна да го ускори към земята. Големината на силата (F), от втория закон на Нютон, е дадено от F = мг, където г е ускорението поради гравитацията, което е константа навсякъде на Земята.
Да предположим, че повдигате тялото на височина з, Обемът на работата, която вършите за това е сила × разстояние, или MGH, Тази работа се съхранява като потенциална енергия, така че уравнението на потенциалната енергия за земното гравитационно поле е просто:
Гравитационна потенциална енергия = MGH
Еластична потенциална енергия
Пружините, гумените ленти и други еластични материали могат да съхраняват енергия, което по същество е това, което правите, когато дърпате лък, точно преди да стреляте със стрела. Когато опънете или компресирате пружина, тя упражнява противоположна сила, която действа, за да върне пружината в нейното равновесно положение. Големината на силата е пропорционална на разстоянието, което я опъвате или компресирате (х). Константата на пропорционалност (к) е характерно за извора. Според закона на Хук, F = −KX, Знакът минус показва възстановяващата сила на пружината, която действа в обратна посока на тази, която я разтяга или компресира.
За да изчислите потенциалната енергия, съхранявана в еластичен материал, трябва да признаете, че силата става по-голяма като х се увеличава. За безкрайно малко разстояние обаче F е константа. Чрез сумиране на силите на всички безкрайно малки разстояния между 0 (равновесие) и крайното разширение или компресия х, можете да изчислите извършената работа и запаметената енергия. Този процес на сумиране е математическа техника, наречена интеграция. Той произвежда формулата за потенциална енергия за еластичен материал:
Потенциална енергия = KX2/2
където х е разширението и к е константата на пролетта.
Електрически потенциал или напрежение
Помислете за преместване на положителен заряд р в електрическо поле, генерирано от по-голям положителен заряд Q, Поради електрически отблъскващи сили е необходима работа за придвижване на по-малкия заряд по-близо до по-големия. Според закона на Coulombs силата между таксите във всеки един момент е kqQ/R2, където R е разстоянието между тях. В такъв случай, к е Coulombs константа, а не константата на пружината. Физиците обозначават и двете с к, Изчислявате потенциалната енергия, като вземете предвид работата, необходима за преместване р от безкрайно далеч от Q до неговото разстояние R, Това дава уравнението на електрическия потенциал за енергия:
Електрическа потенциална енергия = kqQ/R
Електрическият потенциал е малко по-различен. Количеството му енергия, запаметено за единица заряд, и неговото известно като напрежение, се измерва във волтове (джоули / кулони). Уравнението за електрическия потенциал или напрежение, генерирано от заряда Q от разстояние R е:
Електрически потенциал = KQ/R