잠재 에너지는 단순히 실현되지 않은 에너지처럼 들리며, 그렇게 생각하면 그것이 실제가 아니라고 믿게 만들 수 있습니다. 하지만지면에서 30 피트 높이에 매달린 금고 아래에 서십시오. 그러면 의견이 바뀔 수 있습니다. 금고는 중력으로 인해 잠재적 인 에너지를 가지고 있으며 누군가가 그것을 잡고있는 로프를 자르면 그 에너지가 운동 에너지로, 금고가 당신에게 도달했을 때, 그것은 당신에게 분열을 줄 충분한 "실제화 된"에너지를 가질 것입니다. 두통.
더 나은 위치 에너지 정의는 저장된 에너지이며 에너지를 저장하려면 "작업"이 필요합니다. 물리학은 작업에 대한 특정 정의를 가지고 있습니다. 작업은 힘이 물체를 멀리 이동할 때 수행됩니다. 일은 에너지와 관련이 있습니다. SI 시스템에서 줄 단위로 측정되며, 이는 또한 전위 및 운동 에너지 단위입니다. 일을 위치 에너지로 변환하려면 특정 유형의 힘에 대항하여 행동해야하며 몇 가지가 있습니다. 힘은 중력, 스프링 또는 전기장 일 수 있습니다. 힘의 특성에 따라 작업을 수행하여 저장하는 위치 에너지의 양이 결정됩니다.
지구의 중력장에 대한 잠재적 에너지 공식
중력이 작용하는 방식은 두 물체가 서로를 끌어 당기는 것이지만 지구상의 모든 것은 행성 자체에 비해 너무 작아서 지구의 중력장 만 중요합니다. 몸을 들어 올리면 (미디엄) 지상에서 그 몸은 지상으로 가속하는 경향이있는 힘을 경험합니다. 힘의 크기 (에프)는 뉴턴의 2 번째 법칙에서 다음과 같이 주어진다. 에프 = mg, 어디 지 중력으로 인한 가속도는 지구상의 모든 곳에서 일정합니다.
몸을 높이까지 들었다고 가정합니다 h. 이를 달성하기 위해 수행하는 작업의 양은 힘 × 거리입니다. mgh. 이 작업은 위치 에너지로 저장되므로 지구의 중력장에 대한 위치 에너지 방정식은 간단합니다.
중력 잠재 에너지 = mgh
탄성 잠재력 에너지
스프링, 고무 밴드 및 기타 탄성 소재는 에너지를 저장할 수 있으며, 이는 기본적으로 화살을 쏘기 직전에 활을 뒤로 당길 때하는 일입니다. 스프링을 늘리거나 압축하면 스프링을 원래 상태로 되 돌리는 반대 힘을가합니다. 평형 위치 힘의 크기는 늘이거나 압축하는 거리에 비례합니다. 그것 (
탄성 물질에 저장된 위치 에너지를 계산하려면 힘이 다음과 같이 커진다는 것을 인식해야합니다. 엑스 증가합니다. 그러나 극소 거리의 경우 F는 일정합니다. 0 (평형)과 최종 확장 또는 압축 사이의 모든 극소 거리의 힘을 합산하여 엑스, 수행 한 작업과 저장된 에너지를 계산할 수 있습니다. 이 합산 과정은 적분이라고하는 수학적 기법입니다. 탄성 재료에 대한 위치 에너지 공식을 생성합니다.
잠재적 에너지 = kx2/2
어디 엑스 확장이고 케이 스프링 상수입니다.
전기 전위 또는 전압
양전하 이동 고려 큐 더 큰 양전하에 의해 생성 된 전기장 내에서 큐. 전기적 반발력 때문에 더 작은 전하를 더 큰 전하에 더 가깝게 이동하려면 작업이 필요합니다. Coulomb의 법칙에 따르면, 어느 시점에서든 충전 사이의 힘은 다음과 같습니다. kqQ/아르 자형2, 어디 아르 자형 그들 사이의 거리입니다. 이 경우 케이 스프링 상수가 아니라 쿨롱 상수입니다. 물리학 자들은 둘 다 케이. 이동에 필요한 작업을 고려하여 위치 에너지를 계산합니다. 큐 무한히 멀리에서 큐 그 거리까지 아르 자형. 이것은 전위 에너지 방정식을 제공합니다.
전기 전위 에너지 = kqQ/아르 자형
전위는 약간 다릅니다. 단위 전 하당 저장되는 에너지의 양이며 전압이라고하며 볼트 단위로 측정됩니다 (줄 / 쿨롱). 전하에 의해 생성 된 전위 또는 전압에 대한 방정식 큐 멀리서 아르 자형 is :
전기 전위 = kQ/아르 자형