Потенциалната енергия звучи така, сякаш това е просто енергия, която не се е актуализирала и мисленето за нея може да ви приспи, за да повярвате, че не е реална. Застанете под безопасно окачено 30 фута над земята и вашето мнение може да се промени. Сейфът има потенциална енергия поради силата на гравитацията и ако някой пресече въжето, което го държи, тази енергия ще се обърне в кинетична енергия и докато сейфът достигне до вас, той ще има достатъчно "актуализирана" енергия, за да ви даде разделяне главоболие.
По-доброто определение на потенциалната енергия е съхранената енергия и е необходима „работа“ за съхранение на енергията. Физиката има специфично определение за работа - работата се извършва, когато сила движи обект на разстояние. Работата е свързана с енергията. Измерва се в джаули 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, а има няколко. Силата може да бъде гравитация, пружина или електрическо поле. Характеристиките на силата определят количеството потенциална енергия, която съхранявате, като работите срещу нея.
Формула за потенциална енергия за гравитационното поле на Земята
Начинът, по който работи гравитацията, е, че две тела се привличат взаимно, но всичко на земята е толкова малко в сравнение със самата планета, че само гравитационното поле на земята е значително. Ако вдигнете тяло (м) над земята, това тяло изпитва сила, която има тенденция да го кара да се ускорява към земята. Големината на силата (F), от втория закон на Нютон, се дава от F = mg, където ж е ускорението поради гравитацията, което е константа навсякъде по Земята.
Да предположим, че вдигате тялото на височина з. Количеството работа, която правите, за да постигнете 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
Пружини, ластици и други еластични материали могат да съхраняват енергия, което по същество правите, когато отдръпнете лък точно преди да изстреляте стрела. Когато опъвате или компресирате пружина, тя упражнява противоположна сила, действаща за възстановяване на пружината равновесно положение Мащабът на силата е пропорционален на разстоянието, което разтягате или компресирате то (х). Константата на пропорционалност (к) е характерно за пролетта. Според закона на Хук, F = −kx. Знакът минус показва възстановяващата сила на пружината, която действа в посока, обратна на тази, която я разтяга или компресира.
За да изчислите потенциалната енергия, съхранявана в еластичен материал, трябва да разберете, че силата се увеличава 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 окончателното удължаване или компресия х, можете да изчислите извършената работа и съхранената енергия. Този процес на сумиране е математическа техника, наречена интеграция. Той произвежда формула за потенциална енергия за еластичен материал:
Потенциална енергия = kx2/2
където х е разширението и к е пролетната константа.
Електрически потенциал или напрежение
Помислете за преместване на положителен заряд q в рамките на електрическо поле, генерирано от по-голям положителен заряд Въпрос:. Поради електрическите отблъскващи сили е необходима работа за придвижване на по-малкия заряд по-близо до по-големия. Според закона на Кулон силата между обвиненията във всеки един момент е kqQ/r2, където r е разстоянието между тях. В такъв случай, к е константата на Кулон, а не пружинната константа. Физиците обозначават и двамата с к. Изчислявате потенциалната енергия, като вземете предвид работата, необходима за движение q от безкрайно далеч от Въпрос: до неговото разстояние r. Това дава уравнение на електрическата потенциална енергия:
Електрическа потенциална енергия = kqQ/r
Електрическият потенциал е малко по-различен. Това е количеството енергия, съхранявано на единица заряд, и е известно като напрежение, измерено във волта (джаули / кулон). Уравнението за електрическия потенциал или напрежение, генерирани от заряда Въпрос: от разстояние r е:
Електрически потенциал = kQ/r