So berechnen Sie die potenzielle Energie

Potentielle Energie klingt, als wäre es einfach Energie, die nicht aktualisiert wurde, und wenn man so darüber nachdenkt, kann man glauben, dass es nicht real ist. Stellen Sie sich jedoch unter einen Safe, der 30 Fuß über dem Boden aufgehängt ist, und Ihre Meinung könnte sich ändern. Der Safe hat aufgrund der Schwerkraft potenzielle Energie, und wenn jemand das Seil, das ihn hält, durchtrennen würde, würde sich diese Energie drehen energy in kinetische Energie umzuwandeln, und wenn der Safe dich erreicht, hätte er genug "aktualisierte" Energie, um dir eine Aufspaltung zu geben Kopfschmerzen.

Eine bessere Definition der potentiellen Energie ist gespeicherte Energie, und es braucht "Arbeit", um die Energie zu speichern. Physik hat eine spezifische Definition von Arbeit – Arbeit wird verrichtet, wenn eine Kraft ein Objekt über eine Distanz bewegt. Arbeit hat mit Energie zu tun. Es wird im SI-System in Joule gemessen, die auch potentielle und kinetische Energieeinheiten sind. Um Arbeit in potentielle Energie umzuwandeln, muss man gegen eine bestimmte Art von Kraft wirken, und es gibt mehrere. Die Kraft kann Gravitation, eine Feder oder ein elektrisches Feld sein. Die Eigenschaften der Kraft bestimmen die Menge an potentieller Energie, die Sie speichern, indem Sie Arbeit gegen sie verrichten.

Die Gravitation funktioniert so, dass sich zwei Körper anziehen, aber alles auf der Erde ist im Vergleich zum Planeten selbst so klein, dass nur das Gravitationsfeld der Erde von Bedeutung ist. Wenn Sie einen Körper heben (ich) über dem Boden erfährt dieser Körper eine Kraft, die dazu neigt, ihn in Richtung Boden zu beschleunigen. Die Stärke der Kraft (F), aus dem 2. Newtonschen Gesetz, ist gegeben durch F = mg, wo G ist die Erdbeschleunigung, die überall auf der Erde konstant ist.

Angenommen, Sie heben den Körper auf eine Höhe ha. Die Menge an Arbeit, die Sie dafür leisten, ist Kraft × Weg oder mgh. Diese Arbeit wird als potentielle Energie gespeichert, daher lautet die potentielle Energiegleichung für das Gravitationsfeld der Erde einfach:

Gravitationspotentiale Energie = mgh

Federn, Gummibänder und andere elastische Materialien können Energie speichern, was im Wesentlichen das ist, was Sie tun, wenn Sie einen Bogen kurz vor dem Schießen eines Pfeils zurückziehen. Wenn Sie eine Feder dehnen oder zusammendrücken, übt sie eine entgegengesetzte Kraft aus, um die Feder wieder in ihre Position zu bringen Gleichgewichtsposition Die Größe der Kraft ist proportional zur Strecke, die Sie strecken oder komprimieren es (x). Die Proportionalitätskonstante (k) ist charakteristisch für den Frühling. Nach dem Hookeschen Gesetz gilt: F = −kx. Das Minuszeichen gibt die Rückstellkraft der Feder an, die der Federkraft entgegengerichtet ist, die sie dehnt oder zusammendrückt.

Um die in einem elastischen Material gespeicherte potentielle Energie zu berechnen, muss man erkennen, dass die Kraft größer wird als x steigt. Für einen infinitesimalen Abstand ist F jedoch konstant. Durch Aufsummieren der Kräfte aller infinitesimalen Abstände zwischen 0 (Gleichgewicht) und der endgültigen Dehnung oder Stauchung x, können Sie die geleistete Arbeit und die gespeicherte Energie berechnen. Dieser Summationsprozess ist eine mathematische Technik namens Integration. Daraus ergibt sich die potentielle Energieformel für ein elastisches Material:

Potentielle Energie = kx²/2

wo x ist die Erweiterung und k ist die Federkonstante.

Ziehen Sie in Betracht, eine positive Ladung zu verschieben q in einem elektrischen Feld, das durch eine größere positive Ladung erzeugt wird Q. Wegen der elektrischen Abstoßungskräfte braucht es Arbeit, um die kleinere Ladung näher an die größere zu bewegen. Nach dem Coulomb-Gesetz ist die Kraft zwischen den Ladungen an jedem Punkt kqQ/r², wo r ist der Abstand zwischen ihnen. In diesem Fall, k ist die Coulomb-Konstante, nicht die Federkonstante. Physiker bezeichnen beide mit k. Sie berechnen die potentielle Energie, indem Sie die zum Bewegen erforderliche Arbeit berücksichtigen considering q von unendlich weit weg Q zu seiner Entfernung r. Daraus ergibt sich die elektrische potentielle Energiegleichung:

Elektrische potentielle Energie = kqQ/r

Das elektrische Potenzial ist etwas anders. Es ist die Energiemenge, die pro Ladungseinheit gespeichert wird, und wird als Spannung bezeichnet, gemessen in Volt (Joule / Coulomb). Die Gleichung für das elektrische Potential oder die Spannung, die durch die Ladung erzeugt wird Q auf Distanz r ist:

Elektrisches Potenzial = kQ/r