Potenciali energija skamba kaip tiesiog energija, kuri netapo aktualia, ir taip galvodamas apie ją gali įtikėti, kad ji nėra tikra. Atsistokite po seifu, pakabintu 30 pėdų virš žemės, ir jūsų nuomonė gali pasikeisti. Seifas turi potencialios energijos dėl sunkio jėgos, ir jei kas nors nupjautų jį laikantį lyną, ta energija pasisuktų į kinetinę energiją, ir kol seifas jus pasieks, jam pakaks „aktualizuotos“ energijos, kad galėtumėte suskaidyti galvos skausmas.
Geresnis potencialios energijos apibrėžimas yra sukaupta energija, kuriai kaupti reikia „darbo“. Fizika turi specifinį darbo apibrėžimą - darbas atliekamas, kai jėga perkelia objektą per atstumą. Darbas susijęs su energija. Jis matuojamas džauliais SI sistemoje. Tai taip pat yra potencialo ir kinetinės energijos vienetai. Norėdami paversti darbą potencialia energija, turite pasielgti prieš tam tikrą jėgos rūšį, o jų yra keletas. Jėga gali būti gravitacija, spyruoklė ar elektrinis laukas. Jėgos charakteristikos lemia potencialios energijos kiekį, kurį kaupiate dirbdami prieš ją.
Žemės gravitacinio lauko potencialios energijos formulė
Gravitacija veikia taip, kad du kūnai pritraukia vienas kitą, tačiau viskas žemėje yra tokia maža, palyginti su pačia planeta, kad reikšmingas yra tik žemės gravitacijos laukas. Jei pakelsite kūną (m) virš žemės, tas kūnas patiria jėgą, linkusią priversti jį įsibėgėti link žemės. Jėgos dydis (F), iš 2-ojo Niutono dėsnio, pateikia F = mg, kur g yra pagreitis dėl gravitacijos, kuri yra pastovi visur Žemėje.
Tarkime, pakeliate kūną į aukštį h. Darbo, kurį atliekate, kad tai atliktumėte, jėga × atstumas arba mgh. Šis darbas kaupiamas kaip potenciali energija, todėl potenciali žemės gravitacinio lauko energijos lygtis yra tiesiog:
Gravitacinė potenciali energija = mgh
Elastinė potenciali energija
Spyruoklės, guminės juostelės ir kitos elastingos medžiagos gali kaupti energiją, ką iš esmės darote, kai prieš pat šaudydami strėlę atitraukiate lanką. Kai ištempiate ar suspaudžiate spyruoklę, ji veikia priešingą jėgą, kuri atstato spyruoklę pusiausvyros padėtis Jėgos dydis yra proporcingas atstumui, kurį ištempiate ar suspaudžiate tai (x). Proporcingumo konstanta (k) būdinga pavasariui. Pagal Huko įstatymą, F = −kx. Minuso ženklas rodo atstatančią spyruoklės jėgą, veikiančią priešinga kryptimi, nei ją tempiant ar suspaudžiant.
Norėdami apskaičiuoti elastinę medžiagą sukauptą potencialią energiją, turite pripažinti, kad jėga didėja kaip x dideja. Nors begalinio atstumo atstumas F yra pastovus. Susumavus visų begalinio mažumo atstumų tarp 0 (pusiausvyra) ir galutinio pratęsimo ar suspaudimo jėgas x, galite apskaičiuoti atliktą darbą ir sukauptą energiją. Šis sumavimo procesas yra matematinė technika, vadinama integracija. Tai sukuria elastingos medžiagos potencialios energijos formulę:
Potenciali energija = kx2/2
kur x yra pratęsimas ir k yra pavasario konstanta.
Elektros potencialas arba įtampa
Apsvarstykite galimybę perkelti teigiamą krūvį q elektrinio lauko viduje, kurį sukuria didesnis teigiamas krūvis Klausimas. Dėl elektrinių atstumiančių jėgų reikia įdėti mažesnį krūvį arčiau didesnio. Pagal Coulombo įstatymą jėga tarp kaltinimų bet kuriame taške yra kqQ/r2, kur r yra atstumas tarp jų. Tokiu atveju, k yra Kulono konstanta, o ne pavasario konstanta. Fizikai abu juos žymi k. Galimą energiją apskaičiuojate atsižvelgdami į judėjimui reikalingą darbą q nuo be galo toli Klausimas iki jo atstumo r. Tai suteikia elektrinio potencialo energijos lygtį:
Elektros potenciali energija = kqQ/r
Elektrinis potencialas šiek tiek skiriasi. Tai energijos kiekis, sukauptas įkrovos vienetui, ir žinomas kaip įtampa, matuojama voltais (džauliais / kulonais). Elektrinio potencialo arba įtampos, kurią generuoja krūvis, lygtis Klausimas per atstumą r yra:
Elektrinis potencialas = kQ/r