Η πιθανή ενέργεια ακούγεται σαν να είναι απλώς ενέργεια που δεν έχει υλοποιηθεί και η σκέψη της έτσι μπορεί να σας κάνει να πιστεύετε ότι δεν είναι πραγματική. Σταθείτε κάτω από ένα ασφαλές αναρτημένο 30 μέτρα πάνω από το έδαφος, και η γνώμη σας μπορεί να αλλάξει. Το χρηματοκιβώτιο έχει πιθανή ενέργεια λόγω της δύναμης της βαρύτητας, και αν κάποιος έκοβε το σχοινί που το κρατάει, αυτή η ενέργεια θα γυρίσει σε κινητική ενέργεια, και όταν φτάσει το χρηματοκιβώτιο, θα είχε αρκετή «πραγματικοποιημένη» ενέργεια για να σας δώσει πονοκέφαλο.
Ένας καλύτερος δυναμικός ορισμός ενέργειας είναι η αποθηκευμένη ενέργεια και χρειάζεται «δουλειά» για την αποθήκευση της ενέργειας. Η Φυσική έχει έναν συγκεκριμένο ορισμό της εργασίας - η εργασία γίνεται όταν μια δύναμη μετακινεί ένα αντικείμενο σε απόσταση. Η εργασία σχετίζεται με την ενέργεια. Μετράται σε joules στο σύστημα SI., Που είναι επίσης μονάδες δυναμικής και κινητικής ενέργειας. Για να μετατρέψετε την εργασία σε δυνητική ενέργεια, πρέπει να δράσετε ενάντια σε έναν συγκεκριμένο τύπο δύναμης, και υπάρχουν πολλές. Η δύναμη θα μπορούσε να είναι βαρύτητα, ελατήριο ή ηλεκτρικό πεδίο. Τα χαρακτηριστικά της δύναμης καθορίζουν την ποσότητα της πιθανής ενέργειας που αποθηκεύετε κάνοντας εργασία εναντίον της.
Πιθανός τύπος ενέργειας για το βαρυτικό πεδίο της Γης
Ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί η βαρύτητα είναι ότι δύο σώματα προσελκύουν το ένα το άλλο, αλλά όλα στη γη είναι τόσο μικρά σε σύγκριση με τον ίδιο τον πλανήτη που μόνο το βαρυτικό πεδίο της γης είναι σημαντικό. Αν σηκώσετε ένα σώμα (Μ) πάνω από το έδαφος, το σώμα βιώνει μια δύναμη που τείνει να το επιταχύνει προς το έδαφος. Το μέγεθος της δύναμης (φά), από το 2ο νόμο του Νεύτωνα, δίνεται από φά = mg, όπου σολ είναι η επιτάχυνση που οφείλεται στη βαρύτητα, η οποία είναι σταθερή παντού στη Γη.
Ας υποθέσουμε ότι σηκώνετε το σώμα σε ύψος η. Το ποσό της εργασίας που κάνετε για να το επιτύχετε αυτό είναι δύναμη × απόσταση, ή καμ. Αυτή η εργασία αποθηκεύεται ως δυνητική ενέργεια, οπότε η πιθανή ενεργειακή εξίσωση για το βαρυτικό πεδίο της γης είναι απλά:
Βαρυτική Δυναμική Ενέργεια = καμ
Ελαστική δυναμική ενέργεια
Τα ελατήρια, οι λαστιχένιες ταινίες και άλλα ελαστικά υλικά μπορούν να αποθηκεύσουν ενέργεια, πράγμα που είναι ουσιαστικά αυτό που κάνετε όταν τραβάτε πίσω ένα τόξο λίγο πριν τραβήξετε ένα βέλος. Όταν τεντώνετε ή συμπιέζετε ένα ελατήριο, ασκεί μια αντίθετη δύναμη που ενεργεί για να επαναφέρει το ελατήριο σε αυτό Θέση ισορροπίας Το μέγεθος της δύναμης είναι ανάλογο με την απόσταση που τεντώνετε ή συμπιέζετε αυτό (Χ). Η σταθερά αναλογικότητας (κ) είναι χαρακτηριστικό της άνοιξης. Σύμφωνα με το νόμο του Hooke, φά = −κχ. Το σύμβολο μείον δείχνει τη δύναμη αποκατάστασης του ελατηρίου, η οποία ενεργεί προς την αντίθετη κατεύθυνση με εκείνη που τεντώνει ή συμπιέζει.
Για να υπολογίσετε την πιθανή ενέργεια που αποθηκεύεται σε ένα ελαστικό υλικό, πρέπει να αναγνωρίσετε ότι η δύναμη μεγαλώνει όσο Χ αυξάνεται. Ωστόσο, για μια άπειρη απόσταση, το F είναι σταθερό. Συνοψίζοντας τις δυνάμεις όλων των άπειρων αποστάσεων μεταξύ 0 (ισορροπία) και της τελικής επέκτασης ή συμπίεσης Χ, μπορείτε να υπολογίσετε την εργασία που έγινε και την αποθηκευμένη ενέργεια. Αυτή η διαδικασία αθροίσματος είναι μια μαθηματική τεχνική που ονομάζεται ολοκλήρωση. Παράγει τον τύπο ενέργειας για ένα ελαστικό υλικό:
Δυνητική ενέργεια = κχ2/2
όπου Χ είναι η επέκταση και κ είναι η σταθερά ελατηρίου.
Ηλεκτρικό δυναμικό ή τάση
Σκεφτείτε να μετακινήσετε μια θετική χρέωση ε μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο που παράγεται από ένα μεγαλύτερο θετικό φορτίο Ερ. Λόγω των ηλεκτρικών απωθητικών δυνάμεων, χρειάζεται εργασία για να μετακινήσετε το μικρότερο φορτίο πιο κοντά στο μεγαλύτερο. Σύμφωνα με το νόμο του Coulomb, η ισχύς μεταξύ των χρεώσεων ανά πάσα στιγμή είναι kqQ/ρ2, όπου ρ είναι η απόσταση μεταξύ τους. Σε αυτήν την περίπτωση, κ είναι η σταθερά του Coulomb, όχι η σταθερά της άνοιξης. Οι φυσικοί υποδηλώνουν και τους δύο κ. Υπολογίζετε την πιθανή ενέργεια λαμβάνοντας υπόψη την εργασία που απαιτείται για να κινηθείτε ε από απείρως μακριά από Ερ στην απόστασή του ρ. Αυτό δίνει την εξίσωση ηλεκτρικού δυναμικού:
Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια = kqQ/ρ
Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ελαφρώς διαφορετικό. Είναι η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται ανά μονάδα φόρτισης και είναι γνωστή ως τάση, μέτρηση σε βολτ (joules / coulomb). Η εξίσωση για το ηλεκτρικό δυναμικό ή την τάση που δημιουργείται από το φορτίο Ερ σε μια απόσταση ρ είναι:
Ηλεκτρικό δυναμικό = kQ/ρ