Potenciālā enerģija izklausās tā, ka tā vienkārši ir enerģija, kas nav aktualizējusies, un tā domājot par to, jūs varat iemudināt domāt, ka tā nav īsta. Nostājieties zem seifa, kas atrodas 30 pēdu augstumā virs zemes, un jūsu viedoklis var mainīties. Seifam ir potenciālā enerģija gravitācijas spēka dēļ, un, ja kāds sagrieztu virvi, kas to tur, šī enerģija pagrieztos kinētiskajā enerģijā, un līdz brīdim, kad seifs būs sasniedzis tevi, tam būs pietiekami daudz "aktualizētās" enerģijas, lai jūs varētu sadalīt galvassāpes.
Labāka potenciālās enerģijas definīcija ir uzkrātā enerģija, un enerģijas uzkrāšana prasa "darbu". Fizikai ir noteikta darba definīcija - darbs tiek veikts, kad spēks pārvieto objektu attālumā. Darbs ir saistīts ar enerģiju. To mēra džoulos SI sistēmā., Kas arī ir potenciālās un kinētiskās enerģijas vienības. Lai pārvērstu darbu potenciālā enerģijā, jums jārīkojas pret noteiktu spēka veidu, un to ir vairāki. Spēks varētu būt gravitācija, atspere vai elektriskais lauks. Spēka īpašības nosaka potenciālās enerģijas daudzumu, ko jūs uzkrājat, strādājot pret to.
Zemes gravitācijas lauka potenciālās enerģijas formula
Gravitācija darbojas tā, ka divi ķermeņi piesaista viens otru, bet viss uz zemes ir tik mazs, salīdzinot ar pašu planētu, ka nozīmīgs ir tikai zemes gravitācijas lauks. Ja pacelat ķermeni (m) virs zemes, šis ķermenis piedzīvo spēku, kas mēdz likt tam paātrināties zemes virzienā. Spēka lielums (F), no Ņūtona 2. likuma, sniedz F = mg, kur g ir paātrinājums gravitācijas dēļ, kas ir nemainīgs visur uz Zemes.
Pieņemsim, ka jūs pacelat ķermeni augstumā h. Darba apjoms, ko jūs veicat, lai to paveiktu, ir spēks × attālums vai mgh. Šis darbs tiek uzglabāts kā potenciālā enerģija, tāpēc zemes gravitācijas lauka potenciālās enerģijas vienādojums ir vienkārši:
Gravitācijas potenciālā enerģija = mgh
Elastīgā potenciālā enerģija
Atsperes, gumijas lentes un citi elastīgi materiāli var uzkrāt enerģiju, kas būtībā ir tas, ko jūs darāt, kad jūs pirms bultas šaušanas atvelciet loku. Izstiepjot vai saspiežot atsperi, tā iedarbojas pretēji, iedarbojoties, lai atjaunotu atsperi līdzsvara stāvoklis Spēka lielums ir proporcionāls attālumam, kuru jūs izstiepat vai saspiežat tā (x). Proporcionalitātes konstante (k) ir raksturīga pavasarim. Saskaņā ar Huka likumu, F = −kx. Mīnus zīme norāda atsperes atjaunojošo spēku, kas darbojas pretēji tam, kas to izstiepj vai saspiež.
Lai aprēķinātu potenciālo enerģiju, kas uzkrāta elastīgā materiālā, jums jāatzīst, ka spēks kļūst lielāks x palielinās. Tomēr bezgalīgi mazā attālumā F ir nemainīgs. Apkopojot visu bezgalīgi mazo attālumu spēkus starp 0 (līdzsvars) un galīgo pagarinājumu vai saspiešanu x, jūs varat aprēķināt paveikto darbu un uzkrāto enerģiju. Šis summēšanas process ir matemātikas paņēmiens, ko sauc par integrāciju. Tas veido potenciālās enerģijas formulu elastīgam materiālam:
Potenciālā enerģija = kx2/2
kur x ir paplašinājums un k ir pavasara konstante.
Elektriskais potenciāls vai spriegums
Apsveriet iespēju pārvietot pozitīvu lādiņu q elektriskā lauka robežās, ko rada lielāks pozitīvs lādiņš J. Elektrisko atgrūšanas spēku dēļ ir nepieciešams darbs, lai mazāku lādiņu pārvietotu tuvāk lielākajam. Saskaņā ar Kulona likumu spēks starp apsūdzībām jebkurā brīdī ir kqQ/r2, kur r ir attālums starp tiem. Šajā gadījumā, k ir Kulona konstante, nevis pavasara konstante. Fiziķi abus apzīmē ar k. Jūs aprēķināt potenciālo enerģiju, ņemot vērā kustībai nepieciešamo darbu q no bezgalīgi tālu no J līdz tā attālumam r. Tas dod elektriskā potenciāla enerģijas vienādojumu:
Elektriskā potenciālā enerģija = kqQ/r
Elektriskais potenciāls ir nedaudz atšķirīgs. Tas ir enerģijas daudzums, kas uzkrāts vienā lādiņa vienībā, un to sauc par spriegumu, mērot voltos (džoulos / kulonā). Lādiņa radītā elektriskā potenciāla vai sprieguma vienādojums J attālumā r ir:
Elektriskais potenciāls = kQ/r