Hogyan számoljuk ki a potenciális energiát

A potenciális energia úgy hangzik, mintha egyszerűen nem aktualizálódott energia, és így gondolkodva ezzel elhitetheti, hogy nem valós. Álljon azonban a talaj fölött 30 lábra felfüggesztett széf alá, és véleménye megváltozhat. A széf potenciális energiával rendelkezik a gravitációs erő következtében, és ha valaki elvágná az azt tartó kötelet, ez az energia megfordulna kinetikus energiává, és mire a széf eljut hozzád, elegendő "aktualizált" energiája lesz ahhoz, hogy szétváljon fejfájás.

A potenciális energia jobb meghatározása a tárolt energia, és "munkára" van szükség az energia tárolásához. A fizikának sajátos meghatározása van a munkáról - a munka akkor történik, ha egy erő egy tárgyat egy távolságon belül mozgat. A munka összefügg az energiával. Az SI rendszerben joule-ban mérik, amelyek szintén potenciális és kinetikus energiaegységek. Ahhoz, hogy a munkát potenciális energiává alakítsa, egy adott típusú erő ellen kell fellépnie, és több is van. Az erő lehet gravitáció, rugó vagy elektromos mező. Az erő jellemzői meghatározzák az Ön által tárolt potenciális energia mennyiségét azáltal, hogy ellene dolgoznak.

Potenciális energia képlet a Föld gravitációs mezőjéhez

A gravitáció úgy működik, hogy két test vonzza egymást, de a földön minden olyan kicsi magához a bolygóhoz képest, hogy csak a föld gravitációs mezője jelentős. Ha felemel egy testet (m) a föld felett, ez a test olyan erőt tapasztal, amely hajlamos arra, hogy a föld felé gyorsuljon. Az erő nagysága (F), Newton 2. törvényéből adódik F = mg, hol g a gravitáció miatti gyorsulás, amely a Földön mindenhol állandó.

Tegyük fel, hogy a testet magasra emeli h. Ennek elvégzése érdekében végzett munka mennyisége erő × távolság, vagy mgh. Ez a munka potenciális energiaként tárolódik, így a föld gravitációs mezőjére vonatkozó potenciális energiaegyenlet egyszerűen:

Gravitációs potenciális energia = mgh

Rugalmas potenciális energia

A rugók, a gumiszalagok és más rugalmas anyagok energiát tárolhatnak, ami lényegében az, amit akkor teszünk, amikor az íjat visszahúzza közvetlenül a nyíl lövése előtt. Amikor kinyújtja vagy összenyomja a rugót, ellenkező erővel hat, hogy helyreállítsa a rugót egyensúlyi helyzet Az erő nagysága arányos a megnyújtott vagy összenyomott távolsággal it (x). Az arányossági állandó (k) a rugóra jellemző. Hooke törvénye szerint F = −kx. A mínusz jel jelzi a rugó helyreállító erejét, amely az ellenkező irányba hat, mint ami kinyújtja vagy összenyomja.

A rugalmas anyagban tárolt potenciális energia kiszámításához fel kell ismernie, hogy az erő nagyobb lesz x növekszik. Végtelen kis távolságra azonban F állandó. Összegezve a 0 (egyensúly) és a végső kiterjesztés vagy összenyomás közötti végtelen kis távolságok erőit x, kiszámíthatja az elvégzett munkát és a tárolt energiát. Ez az összegző folyamat egy matematikai technika, az úgynevezett integráció. Ez egy rugalmas anyag potenciálenergia-képletét állítja elő:

Potenciális energia = kx2/2

hol x a kiterjesztés és k a rugóállandó.

Elektromos potenciál vagy feszültség

Fontolja meg egy pozitív töltés mozgatását q egy nagyobb pozitív töltés által létrehozott elektromos téren belül Q. Az elektromos taszító erők miatt munkára van szükség, hogy a kisebb töltetet közelebb hozza a nagyobbhoz. Coulomb törvénye szerint a vádak közötti erő bármely ponton kqQ/r2, hol r a köztük lévő távolság. Ebben az esetben, k Coulomb állandója, nem pedig a rugóállandó. A fizikusok mindkettőjüket ezzel jelölik k. A mozgáshoz szükséges munka figyelembevételével kiszámítja a potenciális energiát q végtelenül messziről Q a távolságáig r. Ez megadja az elektromos potenciál energiaegyenletét:

Elektromos potenciális energia = kqQ/r

Az elektromos potenciál kissé eltér. Ez a feltöltési egységenként tárolt energia mennyisége, és néven feszültség, mérve voltban (joule / coulomb). A töltés által generált elektromos potenciál vagy feszültség egyenlete Q távolról r az:

Elektromos potenciál = kQ/r

  • Ossza meg
instagram viewer