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 (
엑스). 비례 상수 (케이)는 봄의 특징입니다. Hooke의 법칙에 따르면 에프 = −kx. 마이너스 기호는 스프링의 복원력을 나타내며, 스프링을 늘리거나 압축하는 것과 반대 방향으로 작용합니다.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
